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

Первое превращение — дегидроциклизация (ароматизация) октана на платине: восьмиуглеродная цепь замыкается в бензольное кольцо, а лишний углерод остаётся боковой этильной группой, поэтому \(X_{1}\) — этилбензол. Дальше кольцо нитруется. Этильная группа — заместитель первого рода (орто-, пара-ориентант), а по условию нужен именно пара-изомер, поэтому преимущественный продукт — 4-нитроэтилбензол. Затем боковую цепь окисляют перманганатом калия в кислой среде: этильная группа целиком превращается в карбоксильную, а «лишний» атом углерода уходит в виде \(CO_{2}\). Нитрогруппа при этом сохраняется, значит \(X_{2}\) — 4-нитробензойная кислота. Кислоту этерифицируют этанолом (\(X_{3}\) — этил-4-нитробензоат), и последним шагом водород восстанавливает нитрогруппу до аминогруппы, давая нужный анестезин. \(CH_{3}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{3} \overset{Pt,\,t}{\rightarrow} C_{6}H_{5}-CH_{2}-CH_{3} + 4H_{2}\uparrow\) \(C_{6}H_{5}-CH_{2}-CH_{3} + HNO_{3} \overset{H_{2}SO_{4}}{\rightarrow} 4\text{-}NO_{2}-C_{6}H_{4}-CH_{2}-CH_{3} + H_{2}O\) \(5\,(4\text{-}NO_{2}-C_{6}H_{4}-CH_{2}-CH_{3}) + 12KMnO_{4} + 18H_{2}SO_{4} \rightarrow 5\,(4\text{-}NO_{2}-C_{6}H_{4}-COOH) + 5CO_{2}\uparrow + 12MnSO_{4} + 6K_{2}SO_{4} + 28H_{2}O\) \(4\text{-}NO_{2}-C_{6}H_{4}-COOH + C_{2}H_{5}OH \overset{H^{+},\,t}{\rightarrow} 4\text{-}NO_{2}-C_{6}H_{4}-COOC_{2}H_{5} + H_{2}O\) \(4\text{-}NO_{2}-C_{6}H_{4}-COOC_{2}H_{5} + 3H_{2} \overset{кат.}{\rightarrow} 4\text{-}NH_{2}-C_{6}H_{4}-COOC_{2}H_{5} + 2H_{2}O\) Вещества: \(X_{1}\) — этилбензол \(C_{6}H_{5}-CH_{2}-CH_{3}\) \(X_{2}\) — 4-нитробензойная кислота \(4\text{-}NO_{2}-C_{6}H_{4}-COOH\)

Органическое вещество содержит 45,71% углерода, 13,33% азота, 10,48% водорода и 30,48% кислорода по массе. Вещество образуется в результате реакции обмена и представляет собой органическую соль, в катионе и анионе которой содержится одинаковое число атомов углерода. Другим продуктом реакции обмена является бромид серебра. На основании данных условия задачи: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу органического вещества; 2) составьте возможную структурную формулу вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции обмена, приводящей к образованию вещества взаимодействием соли органического вещества и бромида серебра (используйте структурные формулы органических веществ).

1) Возьмём 100 г вещества, тогда массы элементов численно равны массовым долям. Разделим их на молярные массы атомов и найдём соотношение количеств вещества: \(n(C) : n(H) : n(O) : n(N) = \frac{45{,}71\ г}{12\ г/моль} : \frac{10{,}48\ г}{1\ г/моль} : \frac{30{,}48\ г}{16\ г/моль} : \frac{13{,}33\ г}{14\ г/моль}\) \(= 3{,}81\ моль : 10{,}48\ моль : 1{,}91\ моль : 0{,}95\ моль\) Делим на наименьшее (0,95 моль): \(x : y : z : m = 4 : 11 : 2 : 1\). Молекулярная формула вещества А — \(C_{4}H_{11}O_{2}N\), \(M = 105\ г/моль\). 2) Атомов водорода на 4 атома углерода больше, чем в предельном амине или кислоте по отдельности, — это признак солеобразного строения. Из двух атомов кислорода собирается карбоксилат-анион, азот входит в катион аммонийного типа. По условию в катионе и анионе одинаковое число атомов углерода, значит на каждый приходится по 2 атома C: анион — ацетат, катион — этиламмоний. Структурная формула вещества А (ацетат этиламмония): \(CH_{3}-COO^{-}\ [CH_{3}-CH_{2}-NH_{3}]^{+}\) 3) Второй продукт — \(AgBr\), поэтому в реакцию обмена вступают соль серебра той же кислоты (ацетат серебра) и бромид того же амина (бромид этиламмония): \(CH_{3}-COOAg + [CH_{3}-CH_{2}-NH_{3}]Br \rightarrow CH_{3}-COO^{-}[CH_{3}-CH_{2}-NH_{3}]^{+} + AgBr\downarrow\)

Хлорат калия массой 9,8 г поместили в фарфоровую чашку и осторожно нагрели. Нагрев прекратили, когда масса навески уменьшилась на 0,96 г. Твёрдый остаток поместили в колбу, содержащую 150 г воды, при этом образовался прозрачный раствор, в котором массовая доля хлорида калия составляет 1,17%. Определите, чему равна массовая доля перхлората калия в твёрдом остатке после прокаливания исходной навески соли. При решении задачи примите, что часть соли разложилась с выделением газа, другая часть подверглась диспропорционированию, а некоторая часть не успела разложиться. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

[1] 4KClO3 = KCl + 3KClO4 [2] 2KClO3 = 2KCl + 3O2 n(O2) = 0,96 / 32 = 0,03 моль n(KCl[2]) = 2/3 * n(O2) = 2/3 * 0,03 = 0,02 моль n(KClO3[2]) = n(KCl[2]) = 0,02 моль Пусть n(KClO3[1]) = x моль, тогда: n(KCl[1]) = 1/4 * n(KClO3[1]) = 0,25x моль n(KCl[общ.]) = (0,02 + 0,25x) моль m(KCl[общ.]) = 74,5 * (0,02 + 0,25x) г m(тв. ост.) = 9,8 - m(O2) = 9,8 - 0,03*32 = 8,84 г omega(KCl) = 74,5*(0,02 + 0,25x) / (150 + 8,84) = 0,0117 x = 0,02 n(KClO4) = 3/4 * x = 3/4 * 0,02 = 0,015 моль m(KClO4) = 0,015 * 138,5 = 2,078 г omega(KClO4) = 2,078 / 8,84 = 0,235, или 23,5 % Подробный разбор При осторожном нагревании хлората калия идут два процесса: диспропорционирование с образованием перхлората и разложение с выделением кислорода. Уменьшение массы навески — это масса ушедшего газа. Уравнения по условию: [1] \(4KClO_{3} \overset{t}{\rightarrow} KCl + 3KClO_{4}\) [2] \(2KClO_{3} \overset{t}{\rightarrow} 2KCl + 3O_{2}\uparrow\) Убыль массы — это кислород по уравнению [2]: \(n(O_{2}) = 0{,}96\ г / 32\ г/моль = 0{,}03\ моль\). Из [2] \(n(KCl_{[2]}) = \frac{2}{3} n(O_{2}) = \frac{2}{3} \cdot 0{,}03 = 0{,}02\ моль\), и по тому же уравнению \(n(KClO_{3[2]}) = n(KCl_{[2]}) = 0{,}02\ моль\). Пусть \(n(KClO_{3[1]}) = x\) моль. Из [1] \(n(KCl_{[1]}) = \frac{1}{4}x = 0{,}25x\ моль\), значит весь хлорид калия в растворе: \(n(KCl) = (0{,}02 + 0{,}25x)\ моль\), \(m(KCl) = 74{,}5 \cdot (0{,}02 + 0{,}25x)\ г\). Масса твёрдого остатка (растворяется он полностью, раствор прозрачный): \(m(ост.) = 9{,}8\ г - 0{,}96\ г = 8{,}84\ г\), \(m(р-ра) = 150\ г + 8{,}84\ г = 158{,}84\ г\). Из массовой доли хлорида калия: \(\frac{74{,}5 \cdot (0{,}02 + 0{,}25x)}{158{,}84} = 0{,}0117\), откуда \(0{,}02 + 0{,}25x = 0{,}0249\) и \(x = 0{,}02\ моль\). Из [1] \(n(KClO_{4}) = \frac{3}{4}x = \frac{3}{4} \cdot 0{,}02 = 0{,}015\ моль\), \(m(KClO_{4}) = 0{,}015\ моль \cdot 138{,}5\ г/моль = 2{,}078\ г\). \(\omega(KClO_{4}) = \frac{2{,}078\ г}{8{,}84\ г} = 0{,}235\), то есть 23,5 %. Обрати внимание: непрореагировавший хлорат калия в расчёте массовой доли отдельно искать не нужно — он уже учтён в массе остатка 8,84 г, найденной по убыли массы.

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

Конфигурация благородного газа — это завершённый внешний слой из восьми электронов (\(ns^{2}np^{6}\)), поэтому нужно сравнить строение внешнего уровня каждого атома с ближайшим благородным газом. Фтор \(F\) — \(1s^{2}2s^{2}2p^{5}\): на внешнем уровне 7 электронов, до конфигурации неона \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}\) недостаёт ровно одного электрона. Подходит. Иод \(I\) — \(...5s^{2}5p^{5}\): тоже 7 электронов на внешнем уровне (элемент той же группы, что и фтор), до конфигурации ксенона \(...5s^{2}5p^{6}\) недостаёт одного электрона. Подходит. Остальные элементы условию не отвечают. У серы \(S\) — \(...3s^{2}3p^{4}\) на внешнем уровне 6 электронов, до конфигурации аргона ей недостаёт двух электронов. У натрия \(Na\) — \(...3s^{1}\) и магния \(Mg\) — \(...3s^{2}\) электронов на внешнем уровне не не хватает, а наоборот: они имеют один и два электрона сверх устойчивой оболочки неона и в реакциях эти электроны отдают. Значит, недостаёт одного электрона атомам фтора и иода. 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 выбранные элементы в порядке усиления их электроотрицательности. Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности. 1) F 2) S 3) I 4) Na 5) Mg.

В указанном ряду нужно сначала определить, в каких периодах находятся элементы: \(F\) — второй период; \(S\), \(Na\), \(Mg\) — третий период; \(I\) — пятый период. Значит, в одном периоде находятся три элемента: \(Na\) (4), \(Mg\) (5) и \(S\) (2). В пределах одного периода слева направо заряд ядра растёт, а радиус атома уменьшается, поэтому ядро сильнее притягивает общие электронные пары — электроотрицательность увеличивается. По положению в третьем периоде: \(Na\) — IA группа (самый левый, типичный металл, электроотрицательность наименьшая), \(Mg\) — IIA группа, \(S\) — VIA группа (неметалл, электроотрицательность наибольшая). Получаем порядок усиления электроотрицательности: \(Na < Mg < S\), то есть номера 4, 5, 2. Ответ: 452.