Часть 2. Смесь порошков иодида аммония и гидроксида натрия нагрели до прекращения выделения газа. Получившуюся соль растворили в воде и смешали с раствором нитрата меди(II). Образовавшуюся нерастворимую соль отделили и поместили в концентрированный раствор серной кислоты, при этом происходило выделение газа с резким запахом и образование окрашенного простого вещества. Полученное простое вещество отделили и поместили в горячий раствор гидроксида натрия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

1) NH4I + NaOH = NaI + NH3↑ + H2O 2) 4NaI + 2Cu(NO3)2 = 2CuI↓ + 4NaNO3 + I2 3) 2CuI + 4H2SO4 = 2CuSO4 + I2 + 2SO2↑ + 4H2O 4) 3I2 + 6NaOH ->(t) 5NaI + NaIO3 + 3H2O Подробный разбор Разберём цепочку по шагам условия. Соль аммония при нагревании со щёлочью отдаёт аммиак, а в остатке — соль натрия того же аниона (именно её потом растворяют в воде): \(NH_{4}I + NaOH \overset{t}{\rightarrow} NaI + NH_{3}\uparrow + H_{2}O\) Иодид-ион не просто обменивается с \(Cu^{2+}\), а восстанавливает его до \(Cu^{+}\), поэтому вместо ожидаемого \(CuI_{2}\) выпадает нерастворимый \(CuI\), а часть иода уходит в свободный \(I_{2}\): \(4NaI + 2Cu(NO_{3})_{2} = 2CuI\downarrow + 4NaNO_{3} + I_{2}\) Концентрированная \(H_{2}SO_{4}\) — окислитель: газ с резким запахом — это \(SO_{2}\), а окрашенное простое вещество — иод: \(2CuI + 4H_{2}SO_{4} = 2CuSO_{4} + I_{2} + 2SO_{2}\uparrow + 4H_{2}O\) В горячей щёлочи иод диспропорционирует, причём именно до иодата (в холодной получался бы гипоиодит): \(3I_{2} + 6NaOH \overset{t}{\rightarrow} 5NaI + NaIO_{3} + 3H_{2}O\) Ключевые опорные точки: резкий запах — \(SO_{2}\), окрашенное простое вещество — \(I_{2}\), нерастворимая соль — \(CuI\) (медь(I), а не медь(II)).

Часть 2. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения: При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образующиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.

Гексан при нагревании над платиновым катализатором дегидроциклизуется — из шести атомов углерода замыкается бензольное кольцо, поэтому \(X_1\) — это бензол. Дальше по схеме идёт алкилирование хлорметаном (реакция Фриделя — Крафтса с \(AlCl_{3}\)), значит \(X_2\) — толуол: именно его метильную группу затем можно полностью прохлорировать до \(CCl_{3}\). Вещества: \(X_1\) — бензол \(C_6H_6\); \(X_2\) — толуол \(C_6H_5-CH_3\). \(CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \overset{Pt,\ t}{\rightarrow} C_6H_6 + 4H_2\uparrow\) \(C_6H_6 + CH_3Cl \overset{AlCl_3}{\rightarrow} C_6H_5-CH_3 + HCl\) \(C_6H_5-CH_3 + 3Cl_2 \overset{h\nu}{\rightarrow} C_6H_5-CCl_3 + 3HCl\) \(C_6H_5-CCl_3 + 4KOH_{(водн.)} \overset{t}{\rightarrow} C_6H_5-COOK + 3KCl + 2H_2O\) \(C_6H_5-COOK + KOH \overset{сплавл.}{\rightarrow} C_6H_6 + K_2CO_3\) Обрати внимание на условия в третьей и четвёртой реакциях. Освещение (а не катализатор \(AlCl_3\)) направляет хлор в боковую цепь, а не в кольцо. Три атома хлора у одного атома углерода при действии избытка щёлочи в водном растворе не дают устойчивого трихлорида: гидролиз идёт до карбоксильной группы, а поскольку щёлочь взята в избытке, продукт — соль, бензоат калия \(C_6H_5-COOK\). Последняя стадия — сплавление соли карбоновой кислоты со щёлочью, при котором карбоксильная группа отщепляется в виде \(K_2CO_3\), и \(X_3 = C_6H_5-COOK\) замыкает цепочку обратно на бензол.

Часть 2. При сгорании органического вещества А массой 0,8 г получено 896 мл (н. у.) углекислого газа и 576 мг воды. Известно, что вещество А вступает в реакцию с раствором гидроксида бария при нагревании, в результате чего образуется предельный одноатомный спирт и соль, кислотный остаток которой содержит три атома углерода. На основании данных условия задачи: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу вещества А; 2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции вещества А с раствором гидроксида бария при нагревании (используйте структурные формулы органических веществ).

Проведены вычисления, найдена молекулярная формула вещества A. n(CO2) = 0,896/22,4 = 0,04 моль; n(C) = 0,04 моль n(H2O) = 0,576/18 = 0,032 моль; n(H) = 0,16·2 = 0,064 моль m(C+H) = 0,04·12 + 0,064·1 = 0,544 г m(O) = 0,8 − 0,544 = 0,256 г; n(O) = 0,256/16 = 0,016 моль n(C):n(H):n(O) = 0,04 : 0,064 : 0,016 = 5 : 8 : 2 Молекулярная формула вещества — C5H8O2. Структурная формула A: CH2=CH-CO-O-CH2-CH3 (этилакрилат, этиловый эфир акриловой кислоты). Уравнение реакции с раствором гидроксида бария: 2 CH2=CH-CO-O-CH2-CH3 + Ba(OH)2 ->(t) (CH2=CH-COO)2Ba (акрилат бария) + 2CH3-CH2-OH Подробный разбор 1) Молекулярная формула. \(n(CO_{2}) = \dfrac{0{,}896\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}} = 0{,}04\ \text{моль}\), значит \(n(C) = 0{,}04\ \text{моль}\) \(n(H_{2}O) = \dfrac{0{,}576\ \text{г}}{18\ \text{г/моль}} = 0{,}032\ \text{моль}\), значит \(n(H) = 2 \cdot 0{,}032 = 0{,}064\ \text{моль}\) \(m(C) + m(H) = 0{,}04 \cdot 12 + 0{,}064 \cdot 1 = 0{,}544\ \text{г}\) \(m(O) = 0{,}8 - 0{,}544 = 0{,}256\ \text{г}\), \(n(O) = \dfrac{0{,}256\ \text{г}}{16\ \text{г/моль}} = 0{,}016\ \text{моль}\) \(n(C) : n(H) : n(O) = 0{,}04 : 0{,}064 : 0{,}016 = 5 : 8 : 2\) Молекулярная формула вещества A — \(C_{5}H_{8}O_{2}\). 2) Структурная формула. Вещество реагирует с раствором \(Ba(OH)_{2}\) при нагревании с образованием спирта и соли — значит A является сложным эфиром. Кислотный остаток содержит три атома углерода, поэтому на спиртовую часть остаётся два атома углерода, то есть спирт — этанол. В формуле \(C_{5}H_{8}O_{2}\) две степени ненасыщенности: одна приходится на \(C=O\) эфирной группы, вторая — на двойную связь \(C=C\) в кислотном остатке, поэтому кислота акриловая. A — этилакрилат (этиловый эфир акриловой кислоты): \(CH_{2}=CH-CO-O-CH_{2}-CH_{3}\) 3) Реакция с раствором гидроксида бария при нагревании. Щелочной гидролиз эфира необратим, барий двухвалентен, поэтому на один \(Ba(OH)_{2}\) нужно два эфира: \(2CH_{2}=CH-CO-O-CH_{2}-CH_{3} + Ba(OH)_{2} \overset{t}{\rightarrow} (CH_{2}=CH-COO)_{2}Ba + 2CH_{3}-CH_{2}-OH\)

Часть 2. Раствор нитрата меди(II) объёмом 2 л 374 мл с плотностью 1,15 г/мл и концентрацией нитрата меди(II) 1,15 моль/л, содержащий в качестве примеси нитрат серебра, разлили на две колбы в соотношении 1:2. В первую колбу, содержащую меньшую часть раствора, опустили медную проволоку. После завершения реакции проволоку извлекли из раствора. При этом массовая доля нитрата меди(II) в первой колбе составила 20%. (Возможной реакцией меди с нитратом меди(II) пренебречь.) В раствор во второй колбе внесли порошок цинка, в результате получили бесцветный раствор. Вычислите массовую долю соли в конечном растворе во второй колбе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Уравнения реакций: [1] Cu + 2AgNO3 = 2Ag + Cu(NO3)2 [2] Zn + Cu(NO3)2 = Cu + Zn(NO3)2 [3] Zn + 2AgNO3 = 2Ag + Zn(NO3)2 Расчёты: m(р-ра Cu(NO3)2) = 2374·1,15 = 2730 г n(Cu(NO3)2) = 2,374·1,15 = 2,73 моль m(р-ра в первой колбе) = 2730/3 = 910 г m(Cu(NO3)2) = 0,188·910 = 171,08 г; n(Cu(NO3)2[1]) = 2,73/3 = 0,91 моль Пусть в растворе в первой колбе было n(AgNO3) = x моль, тогда: прореагировало m(Cu) = 0,5·x·64 = 32x г образовалось m(Cu(NO3)2) = 0,5·x·188 = 94x г выделилось m(Ag) = 108x г ω(Cu(NO3)2) = (171,08 + 94x)/(910 + 32x − 108x) = 0,2 => x = 0,1 моль m(р-ра во второй колбе) = 910·2 = 1820 г n(Cu(NO3)2[2]) = 0,91·2 = 1,82 моль; n(AgNO3[3]) = 0,1·2 = 0,2 моль n(Zn) = n(Cu(NO3)2[2]) + 0,5·n(AgNO3[3]) = 1,82 + 0,1 = 1,92 моль m(Zn) = 1,92·65 = 124,8 г n(Zn(NO3)2) = 1,92 моль; m(Zn(NO3)2) = 189·1,92 = 362,88 г n(Cu) = 1,82 моль; m(Cu) = 1,82·64 = 116,48 г n(Ag) = 0,2 моль; m(Ag) = 0,2·108 = 21,6 г m(конечного р-ра во второй колбе) = 1820 + 124,8 − 116,48 − 21,6 = 1806,72 г ω(Zn(NO3)2) = 362,88/1806,72 = 0,201, или 20,1% Подробный разбор В исходном растворе кроме \(Cu(NO_{3})_{2}\) есть примесь \(AgNO_{3}\). Медь вытесняет серебро, цинк вытесняет и медь, и серебро: \(Cu + 2AgNO_{3} = 2Ag\downarrow + Cu(NO_{3})_{2}\) \(Zn + Cu(NO_{3})_{2} = Cu\downarrow + Zn(NO_{3})_{2}\) \(Zn + 2AgNO_{3} = 2Ag\downarrow + Zn(NO_{3})_{2}\) Исходный раствор: \(m(\text{р-ра}) = 2374\ \text{мл} \cdot 1{,}15\ \text{г/мл} = 2730\ \text{г}\) \(n(Cu(NO_{3})_{2}) = 2{,}374\ \text{л} \cdot 1{,}15\ \text{моль/л} = 2{,}73\ \text{моль}\) Раствор разлит в отношении 1:2, значит в первую колбу попала треть: \(m_{1}(\text{р-ра}) = 2730 : 3 = 910\ \text{г}\), \(n_{1}(Cu(NO_{3})_{2}) = 2{,}73 : 3 = 0{,}91\ \text{моль}\), \(m_{1}(Cu(NO_{3})_{2}) = 0{,}91\ \text{моль} \cdot 188\ \text{г/моль} = 171{,}08\ \text{г}\). Пусть в первой колбе было \(n(AgNO_{3}) = x\) моль. По уравнению (1) на 2 моль \(AgNO_{3}\) расходуется 1 моль \(Cu\) и получается 1 моль \(Cu(NO_{3})_{2}\), а серебра выделяется столько же, сколько было \(AgNO_{3}\): \(m(Cu) = 0{,}5x \cdot 64\ \text{г/моль} = 32x\ \text{г}\) (перешло в раствор) \(m(Cu(NO_{3})_{2})_{\text{обр.}} = 0{,}5x \cdot 188\ \text{г/моль} = 94x\ \text{г}\) \(m(Ag) = x \cdot 108\ \text{г/моль} = 108x\ \text{г}\) (ушло из раствора в осадок на проволоке) Масса раствора меняется на \(+32x - 108x\), поэтому \(\omega(Cu(NO_{3})_{2}) = \dfrac{171{,}08 + 94x}{910 + 32x - 108x} = 0{,}2\), откуда \(109{,}2x = 10{,}92\) и \(x = 0{,}1\ \text{моль}\). Во второй колбе всего вдвое больше: \(m_{2}(\text{р-ра}) = 910 \cdot 2 = 1820\ \text{г}\), \(n_{2}(Cu(NO_{3})_{2}) = 1{,}82\ \text{моль}\), \(n_{2}(AgNO_{3}) = 0{,}2\ \text{моль}\). Раствор получился бесцветным — значит, обе соли прореагировали полностью, а весь азот остался в виде \(Zn(NO_{3})_{2}\). По уравнениям (2) и (3): \(n(Zn) = 1{,}82 + 0{,}5 \cdot 0{,}2 = 1{,}92\ \text{моль}\); \(m(Zn) = 1{,}92 \cdot 65 = 124{,}8\ \text{г}\) \(n(Zn(NO_{3})_{2}) = 1{,}92\ \text{моль}\); \(m(Zn(NO_{3})_{2}) = 1{,}92 \cdot 189 = 362{,}88\ \text{г}\) \(m(Cu)_{\text{ос.}} = 1{,}82 \cdot 64 = 116{,}48\ \text{г}\) (по уравнению 2) \(m(Ag)_{\text{ос.}} = 0{,}2 \cdot 108 = 21{,}6\ \text{г}\) (по уравнению 3) \(m(\text{кон. р-ра}) = 1820 + 124{,}8 - 116{,}48 - 21{,}6 = 1806{,}72\ \text{г}\) \(\omega(Zn(NO_{3})_{2}) = \dfrac{362{,}88}{1806{,}72} = 0{,}201\), или 20,1 %.

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии на внешнем уровне содержат один p-электрон. Запишите номера выбранных элементов. 1) B; 2) Al; 3) F; 4) Fe; 5) N

На внешнем уровне атома в основном состоянии нас интересует только число электронов на p-подуровне, поэтому запишем конфигурации внешнего слоя каждого элемента. \(B\) — \(1s^{2}2s^{2}2p^{1}\): внешний слой второй, на нём \(2s^{2}2p^{1}\) — ровно один \(p\)-электрон. Подходит. \(Al\) — \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{1}\): внешний слой третий, \(3s^{2}3p^{1}\) — ровно один \(p\)-электрон. Подходит. \(F\) — \(1s^{2}2s^{2}2p^{5}\): на внешнем уровне \(2s^{2}2p^{5}\), то есть пять \(p\)-электронов. Не подходит. \(Fe\) — \(...3s^{2}3p^{6}3d^{6}4s^{2}\): внешний уровень четвёртый, и на нём только \(4s^{2}\), \(p\)-электронов нет вовсе (заполненный \(3p\)-подуровень относится к предвнешнему слою, а \(3d\) — тоже не внешний). Не подходит. \(N\) — \(1s^{2}2s^{2}2p^{3}\): на внешнем уровне \(2s^{2}2p^{3}\), три \(p\)-электрона. Не подходит. Условию отвечают элементы главной подгруппы III группы: у них внешний слой оканчивается на \(ns^{2}np^{1}\). Это бор и алюминий. Ответ: 12