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

Ключ к цепочке — конечный продукт: циклопропан получают из 1,3-дигалогенпроизводного (реакция Густавсона), значит исходный трёхуглеродный скелет содержит функциональные группы на 1-м и 3-м атомах. Отсюда \(X_{1}\) — пропандиаль (малоновый диальдегид) \(OHC-CH_{2}-CHO\): при окислении обе альдегидные группы дают двухосно́вную кислоту, а при восстановлении — двухатомный спирт. Искомые вещества: \(X_{1}\) — \(OHC-CH_{2}-CHO\) \(X_{2}\) — \(CH_{3}OOC-CH_{2}-COOCH_{3}\) \(X_{3}\) — \(BrCH_{2}-CH_{2}-CH_{2}Br\) Уравнения реакций: \(5\,OHC-CH_{2}-CHO + 4KMnO_{4} + 6H_{2}SO_{4} \rightarrow 5\,HOOC-CH_{2}-COOH + 4MnSO_{4} + 2K_{2}SO_{4} + 6H_{2}O\) \(HOOC-CH_{2}-COOH + 2CH_{3}OH \overset{H_{2}SO_{4},\,t}{\rightarrow} CH_{3}OOC-CH_{2}-COOCH_{3} + 2H_{2}O\) \(OHC-CH_{2}-CHO + 2H_{2} \overset{Ni,\,t}{\rightarrow} HOCH_{2}-CH_{2}-CH_{2}OH\) \(HOCH_{2}-CH_{2}-CH_{2}OH + 2HBr \rightarrow BrCH_{2}-CH_{2}-CH_{2}Br + 2H_{2}O\) \(BrCH_{2}-CH_{2}-CH_{2}Br + Zn \overset{t}{\rightarrow} C_{3}H_{6}\ (\text{циклопропан}) + ZnBr_{2}\) На что обратить внимание: в реакции 1 каждая группа \(-CHO\) отдаёт 2 электрона, то есть молекула — 4, а \(Mn^{+7} \rightarrow Mn^{+2}\) принимает 5, отсюда коэффициенты 5 и 4. В реакции 2 избыток метанола нужен, чтобы этерифицировались обе карбоксильные группы и получился сложный эфир по обоим концам. В реакции 4 замещаются обе гидроксогруппы, и именно концевое расположение атомов брома позволяет цинку в реакции 5 «сшить» цепь в трёхчленный цикл.

При сгорании 40,95 г органического вещества получили 39,2 л углекислого газа (н. у.), 3,92 л азота (н. у.) и 34,65 г воды. При нагревании с соляной кислотой данное вещество подвергается гидролизу, продуктами которого являются соединение состава C2H6NO2Cl и вторичный спирт. На основании данных условия задачи: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу органического вещества; 2) составьте структурную формулу этого вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции гидролиза исходного вещества в присутствии соляной кислоты (используйте структурные формулы органических веществ).

n(CO2) = 39,2 / 22,4 = 1,75 моль; n(C) = 1,75 моль n(H2O) = 34,65 / 18 = 1,925 моль; n(H) = 1,925 * 2 = 3,85 моль n(N2) = 3,92 / 22,4 = 0,175 моль; n(N) = 0,175 * 2 = 0,35 моль m(C+H+N) = 1,75*12 + 3,85*1 + 0,35*14 = 29,75 г m(O) = 40,95 - 29,75 = 11,2 г n(O) = 11,2 / 16 = 0,7 моль n(C):n(H):n(N):n(O) = 1,75 : 3,85 : 0,35 : 0,7 = 5 : 11 : 1 : 2 Молекулярная формула вещества — C5H11NO2 Структурная формула вещества: NH2-CH2-C(=O)-O-CH(CH3)-CH3 (изопропиловый эфир аминоуксусной кислоты) Уравнение реакции гидролиза: NH2-CH2-C(=O)-O-CH(CH3)-CH3 + H2O + HCl -> Cl[H3N-CH2-COOH] + CH3-CH(OH)-CH3 Подробный разбор Продукты сгорания дают элементный состав вещества: весь углерод ушёл в \(CO_{2}\), водород — в \(H_{2}O\), азот — в \(N_{2}\). \(n(CO_{2}) = \frac{39{,}2\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}} = 1{,}75\ \text{моль}\), значит \(n(C) = 1{,}75\ \text{моль}\) \(n(H_{2}O) = \frac{34{,}65\ \text{г}}{18\ \text{г/моль}} = 1{,}925\ \text{моль}\), значит \(n(H) = 2 \cdot 1{,}925 = 3{,}85\ \text{моль}\) \(n(N_{2}) = \frac{3{,}92\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}} = 0{,}175\ \text{моль}\), значит \(n(N) = 2 \cdot 0{,}175 = 0{,}35\ \text{моль}\) Проверяем, есть ли в веществе кислород: складываем массы найденных элементов и сравниваем с навеской. \(m(C) + m(H) + m(N) = 1{,}75 \cdot 12 + 3{,}85 \cdot 1 + 0{,}35 \cdot 14 = 29{,}75\ \text{г}\) \(m(O) = 40{,}95 - 29{,}75 = 11{,}2\ \text{г}\), \(n(O) = \frac{11{,}2\ \text{г}}{16\ \text{г/моль}} = 0{,}7\ \text{моль}\) \(n(C) : n(H) : n(N) : n(O) = 1{,}75 : 3{,}85 : 0{,}35 : 0{,}7 = 5 : 11 : 1 : 2\) Молекулярная формула — \(C_{5}H_{11}NO_{2}\) (\(M = 117\ \text{г/моль}\)). Гидролиз по кислоте и состав продуктов задают строение: \(C_{2}H_{6}NO_{2}Cl\) — это солянокислая соль глицина \(Cl[H_{3}N-CH_{2}-COOH]\), а второй продукт — вторичный спирт, то есть пропанол-2. Значит исходное вещество — сложный эфир аминоуксусной кислоты и пропанола-2: \(H_{2}N-CH_{2}-C(=O)-O-CH(CH_{3})-CH_{3}\) \(H_{2}N-CH_{2}-C(=O)-O-CH(CH_{3})-CH_{3} + H_{2}O + HCl \overset{t}{\rightarrow} Cl[H_{3}N-CH_{2}-COOH] + CH_{3}-CH(OH)-CH_{3}\) Избыток \(HCl\) связывает аминогруппу в соль, поэтому глицин выделяется именно в виде гидрохлорида.

Алюминий массой 16,2 г сплавили с 19,2 г серы. Полученную смесь растворили при нагревании в 192 г насыщенного раствора гидроксида натрия. Вычислите массу сульфида натрия, выпавшего в осадок после охлаждения полученного раствора до 20 °C. Растворимость гидроксида натрия составляет 100 г на 100 г воды, растворимость сульфида натрия при 20 °C — 20,6 г на 100 г воды. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

2Al + 3S = Al2S3 Al2S3 + 8NaOH = 2Na[Al(OH)4] + 3Na2S 2NaOH + 2Al + 6H2O = 2Na[Al(OH)4] + 3H2 n(Al) = 16,2 : 27 = 0,6 моль — избыток n(S) = 19,2 : 32 = 0,6 моль n(Al остаток) = 0,2 моль w(NaOH) = 100 : (100 + 100) = 0,5 m(NaOH) = 0,5 * 192 = 96 г n(NaOH) = 96 : 40 = 2,4 моль m(H2O) = m(NaOH) = 96 г n(Na2S) = n(S) = 0,6 моль n(H2O прореагировало) = 3*n(Al остаток) = 0,6 моль m(H2O прореагировало) = 0,6 * 18 = 10,8 г m(H2O осталось) = 96 - 10,8 = 85,2 г m(Na2S) = 0,6 * 78 = 46,8 г m(Na2S останется в р-ре) = 85,2 * 20,6 : 100 = 17,6 г m(Na2S осадок) = 46,8 - 17,6 = 29,2 г Подробный разбор Сера здесь в недостатке, поэтому весь сплав считаем по ней, а остаток алюминия потом растворится в щёлочи. \(2Al + 3S = Al_{2}S_{3}\) \(Al_{2}S_{3} + 8NaOH = 2Na[Al(OH)_{4}] + 3Na_{2}S\) \(2NaOH + 2Al + 6H_{2}O = 2Na[Al(OH)_{4}] + 3H_{2}\uparrow\) \(n(Al) = 16{,}2\ \text{г} : 27\ \text{г/моль} = 0{,}6\ \text{моль}\), \(n(S) = 19{,}2\ \text{г} : 32\ \text{г/моль} = 0{,}6\ \text{моль}\). По первому уравнению на 0,6 моль серы нужно \(0{,}6 \cdot 2/3 = 0{,}4\) моль алюминия, значит алюминий в избытке и его остаётся \(n(Al_{ост}) = 0{,}6 - 0{,}4 = 0{,}2\ \text{моль}\), а сульфида получается \(n(Al_{2}S_{3}) = 0{,}2\ \text{моль}\). В насыщенном растворе на 100 г воды приходится 100 г \(NaOH\), поэтому \(w(NaOH) = 100 : (100 + 100) = 0{,}5\). \(m(NaOH) = 0{,}5 \cdot 192\ \text{г} = 96\ \text{г}\), \(n(NaOH) = 96\ \text{г} : 40\ \text{г/моль} = 2{,}4\ \text{моль}\); воды в растворе столько же по массе: \(m(H_{2}O) = 96\ \text{г}\). Щёлочи хватает на оба процесса: по второму уравнению нужно \(8 \cdot 0{,}2 = 1{,}6\) моль, по третьему \(0{,}2\) моль, всего 1,8 моль < 2,4 моль. Сульфид натрия даёт вся сера: по второму уравнению \(n(Na_{2}S) = 3 \cdot n(Al_{2}S_{3}) = 0{,}6\ \text{моль}\), то есть \(m(Na_{2}S) = 0{,}6\ \text{моль} \cdot 78\ \text{г/моль} = 46{,}8\ \text{г}\). Растворимость считают на воду, а часть воды израсходована на растворение остатка алюминия: по третьему уравнению \(n(H_{2}O) = 3 \cdot n(Al_{ост}) = 3 \cdot 0{,}2 = 0{,}6\ \text{моль}\), \(m(H_{2}O) = 0{,}6\ \text{моль} \cdot 18\ \text{г/моль} = 10{,}8\ \text{г}\). Осталось воды: \(96\ \text{г} - 10{,}8\ \text{г} = 85{,}2\ \text{г}\). В растворе при 20 °C удержится \(m(Na_{2}S_{р-р}) = 85{,}2\ \text{г} \cdot 20{,}6 : 100 = 17{,}6\ \text{г}\), остальное выпадет в осадок: \(m(Na_{2}S_{осадок}) = 46{,}8\ \text{г} - 17{,}6\ \text{г} = 29{,}2\ \text{г}\). Ответ: 29,2 г.

Определите, атомам каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии до достижения конфигурации благородного газа недостаёт одного электрона. Запишите номера выбранных элементов 1) H 2) S 3) I 4) Na 5) Mg.

Чтобы ответить на вопрос, нужно записать электронную конфигурацию внешнего уровня каждого атома и посмотреть, сколько электронов ему не хватает до устойчивой восьмиэлектронной (а для водорода — двухэлектронной) оболочки ближайшего благородного газа. Водород \(H\) имеет конфигурацию \(1s^{1}\): на единственном уровне помещается всего два электрона, поэтому до конфигурации гелия \(1s^{2}\) атому недостаёт ровно одного электрона. Иод \(I\) — элемент VIIA-группы, его внешний слой \(5s^{2}5p^{5}\) содержит семь электронов, и до восьмиэлектронной оболочки ксенона \(5s^{2}5p^{6}\) тоже недостаёт одного электрона. Именно поэтому и водород, и иод легко присоединяют один электрон, образуя частицы \(H^{-}\) и \(I^{-}\). Сера \(S\) относится к VIA-группе, её внешний слой \(3s^{2}3p^{4}\) — шесть электронов, значит до конфигурации аргона ей не хватает двух электронов, а не одного. Натрий \(Na\) \(\left(3s^{1}\right)\) и магний \(Mg\) \(\left(3s^{2}\right)\) — металлы: до конфигурации ближайшего благородного газа им пришлось бы принять семь и шесть электронов соответственно, что для них невозможно; конфигурацию неона они достигают, наоборот, отдавая один и два электрона с образованием \(Na^{+}\) и \(Mg^{2+}\). Таким образом, условию «недостаёт одного электрона» удовлетворяют водород и иод. Ответ: 13

Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые в Периодической системе химических элементов Д. И. Менделеева находятся в одном периоде. Расположите эти элементы в порядке усиления основных свойств образуемых ими оксидов. Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности. 1) H 2) S 3) I 4) Na 5) Mg

В ряду даны элементы: \(H\) — 1‑й период, \(S\), \(Na\), \(Mg\) — 3‑й период, \(I\) — 5‑й период. Значит, в одном периоде находятся сера, натрий и магний: это элементы под номерами 2, 4, 5. Все три элемента расположены в 3‑м периоде, поэтому у их атомов одинаковое число электронных слоёв, а заряд ядра слева направо растёт. Из‑за этого радиус атома уменьшается, а способность отдавать электроны (металлические свойства) ослабевает: \(Na \rightarrow Mg \rightarrow S\). Характер высшего оксида напрямую связан с металлическими свойствами элемента: чем сильнее выражены металлические свойства, тем более основным является оксид. Поэтому основные свойства оксидов усиливаются в направлении, обратном движению по периоду, — справа налево. Сера — неметалл, её высший оксид \(SO_{3}\) кислотный: \(SO_{3} + H_{2}O = H_{2}SO_{4}\). Оксид магния \(MgO\) — основный, но с водой практически не реагирует и реагирует лишь с кислотами: \(MgO + 2HCl = MgCl_{2} + H_{2}O\). Оксид натрия \(Na_{2}O\) — основный оксид активного щелочного металла, он взаимодействует с водой с образованием щёлочи: \(Na_{2}O + H_{2}O = 2NaOH\), то есть его основные свойства выражены сильнее всего. Располагаем элементы в порядке усиления основных свойств их оксидов: \(SO_{3} \rightarrow MgO \rightarrow Na_{2}O\), то есть \(S \rightarrow Mg \rightarrow Na\). Ответ: 254.