Для выполнения задания 29 используйте следующий перечень веществ: сульфит калия, дихромат калия, серная кислота, гидроксид хрома(III), нитрат цинка, сульфат кальция. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня выберите вещество-окислитель и вещество-восстановитель, реакция между которыми в соответствующей среде протекает с образованием раствора двух солей с одинаковым анионом. В качестве среды для протекания реакции используйте воду или третье вещество из приведённых в перечне. В ответе запишите уравнение только одной из возможных окислительно-восстановительных реакций с участием выбранных веществ. Составьте электронный баланс (запишите уравнения процессов окисления и восстановления), укажите окислитель и восстановитель.

\(K_{2}Cr_{2}O_{7} + 3K_{2}SO_{3} + 4H_{2}SO_{4} = Cr_{2}(SO_{4})_{3} + 4K_{2}SO_{4} + 4H_{2}O\) \(1\ |\ 2\overset{+6}{Cr} + 6e^{-} \rightarrow 2\overset{+3}{Cr}\) — восстановление \(3\ |\ \overset{+4}{S} - 2e^{-} \rightarrow \overset{+6}{S}\) — окисление Окислитель — \(K_{2}Cr_{2}O_{7}\), \((Cr^{+6})\). Восстановитель — \(K_{2}SO_{3}\), \((S^{+4})\). Подробный разбор По условию нужна пара окислитель — восстановитель, дающая раствор двух солей с одинаковым анионом. Окислителем берём дихромат калия \(K_{2}Cr_{2}O_{7}\): хром в нём в высшей степени окисления \(+6\) и может только понижать её. Восстановителем берём сульфит калия \(K_{2}SO_{3}\): сера в нём в промежуточной степени \(+4\) и легко окисляется до \(+6\). Третье вещество из перечня — серная кислота \(H_{2}SO_{4}\) — создаёт кислую среду, в которой хром \(+6\) переходит в катион \(Cr^{3+}\), а все анионы в растворе становятся сульфатными. Продукты \(Cr_{2}(SO_{4})_{3}\) и \(K_{2}SO_{4}\) — две растворимые соли с одинаковым анионом \(SO_{4}^{2-}\), как и требуется. Уравнение реакции: \(K_{2}Cr_{2}O_{7} + 3K_{2}SO_{3} + 4H_{2}SO_{4} = Cr_{2}(SO_{4})_{3} + 4K_{2}SO_{4} + 4H_{2}O\) Электронный баланс: \(1\ |\ 2\overset{+6}{Cr} + 6e^{-} \rightarrow 2\overset{+3}{Cr}\) — восстановление \(3\ |\ \overset{+4}{S} - 2e^{-} \rightarrow \overset{+6}{S}\) — окисление Окислитель — \(K_{2}Cr_{2}O_{7}\), окислительные свойства проявляет хром в степени окисления \(+6\). Восстановитель — \(K_{2}SO_{3}\), восстановительные свойства проявляет сера в степени окисления \(+4\).

Для выполнения задания 30 используйте следующий перечень веществ: сульфит калия, дихромат калия, серная кислота, гидроксид хрома(III), нитрат цинка, сульфат кальция. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня выберите вещества, между растворами которых протекает реакция ионного обмена. Образования осадка в этой реакции не происходит. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения только одной возможной реакции.

\(K_{2}SO_{3} + H_{2}SO_{4} = K_{2}SO_{4} + H_{2}O + SO_{2}\uparrow\) \(2K^{+} + SO_{3}^{2-} + 2H^{+} + SO_{4}^{2-} = 2K^{+} + SO_{4}^{2-} + H_{2}O + SO_{2}\uparrow\) \(SO_{3}^{2-} + 2H^{+} = H_{2}O + SO_{2}\uparrow\) Подробный разбор Из перечня нужна пара, которая реагирует по обмену, но без осадка. Такой признак реакции даёт летучий продукт — газ. Берём сульфит калия \(K_{2}SO_{3}\) и серную кислоту \(H_{2}SO_{4}\): сильная кислота вытесняет из соли слабую сернистую кислоту \(H_{2}SO_{3}\), которая сразу распадается на \(H_{2}O\) и \(SO_{2}\uparrow\). Оба продукта обмена — вода и газ, осадка нет, условие выполнено. Молекулярное уравнение: \(K_{2}SO_{3} + H_{2}SO_{4} = K_{2}SO_{4} + H_{2}O + SO_{2}\uparrow\) Полное ионное уравнение. На ионы расписываем растворимый сульфит калия, сильную серную кислоту и растворимый сульфат калия; вода и газ \(SO_{2}\) остаются в молекулярном виде: \(2K^{+} + SO_{3}^{2-} + 2H^{+} + SO_{4}^{2-} = 2K^{+} + SO_{4}^{2-} + H_{2}O + SO_{2}\uparrow\) Сокращаем одинаковые ионы слева и справа — это \(2K^{+}\) и \(SO_{4}^{2-}\): \(SO_{3}^{2-} + 2H^{+} = H_{2}O + SO_{2}\uparrow\) На что обратить внимание: \(Cr(OH)_{3}\) и \(CaSO_{4}\) нерастворимы, поэтому «между растворами» они в обмен не вступают, а пара сульфит калия — нитрат цинка не подходит: там выпал бы осадок \(ZnSO_{3}\).

Перманганат калия прокалили. Выделившийся газ вступил в реакцию с газом, полученным в результате действия на фосфид кальция раствора бромоводородной кислоты. Образовавшуюся при этом трёхосновную кислоту растворили в воде, в полученном растворе растворили ортофосфат кальция. Напишите молекулярные уравнения четырёх описанных реакций.

1) 2KMnO4 = K2MnO4 + MnO2 + O2 2) Ca3P2 + 6HBr = 3CaBr2 + 2PH3 3) PH3 + 2O2 = H3PO4 4) Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 = 3Ca(H2PO4)2 Подробный разбор Разбираем цепочку по порядку: сначала находим оба газа, затем соединяем их и работаем с полученной кислотой. При прокаливании перманганат калия разлагается, выделяющийся газ — кислород: \(2KMnO_{4} \overset{t}{\rightarrow} K_{2}MnO_{4} + MnO_{2} + O_{2}\uparrow\) Фосфид кальция гидролизуется сильной кислотой, второй газ — фосфин: \(Ca_{3}P_{2} + 6HBr = 3CaBr_{2} + 2PH_{3}\uparrow\) Фосфин горит в избытке кислорода; по условию продукт — трёхосновная кислота, значит это ортофосфорная: \(PH_{3} + 2O_{2} = H_{3}PO_{4}\) Средний фосфат кальция нерастворим, но избыток кислоты переводит его в растворимый дигидрофосфат: \(Ca_{3}(PO_{4})_{2} + 4H_{3}PO_{4} = 3Ca(H_{2}PO_{4})_{2}\) Обрати внимание: в последней реакции кислоту берут в избытке — при недостатке получился бы гидрофосфат \(CaHPO_{4}\), который в воде не растворяется, а по условию осадок должен раствориться.

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

Цепочку удобно собирать с двух концов: слева наращиваем углеродный скелет, справа — окисляем производное альдегида, и оба пути сходятся на одном и том же углеводороде. Радикальное бромирование пропана идёт преимущественно по вторичному атому углерода (правило Марковникова для замещения — устойчивее вторичный радикал): \(CH_{3}-CH_{2}-CH_{3} + Br_{2} \overset{h\nu}{\rightarrow} CH_{3}-CHBr-CH_{3} + HBr\) Реакция Вюрца удваивает изопропильный фрагмент: \(2CH_{3}-CHBr-CH_{3} + 2Na \rightarrow (CH_{3})_{2}CH-CH(CH_{3})_{2} + 2NaBr\) Два атома хлора у одного атома углерода при щелочном гидролизе дают неустойчивый двухатомный спирт, который сразу теряет воду — получается альдегид: \(CH_{3}-CH(CH_{3})-CHCl_{2} + 2KOH \overset{H_{2}O}{\rightarrow} CH_{3}-CH(CH_{3})-CHO + 2KCl + H_{2}O\) Окисление перманганатом в щелочной среде: марганец переходит в манганат-ион \(MnO_{4}^{2-}\), а кислота сразу связывается щёлочью в соль: \(CH_{3}-CH(CH_{3})-CHO + 2NaMnO_{4} + 3NaOH \rightarrow CH_{3}-CH(CH_{3})-COONa + 2Na_{2}MnO_{4} + 2H_{2}O\) Допустимо и образование \(MnO_{2}\). Электролиз водного раствора соли карбоновой кислоты (реакция Кольбе): на аноде радикалы \((CH_{3})_{2}CH-\) сдваиваются, на катоде выделяется водород: \(2CH_{3}-CH(CH_{3})-COONa + 2H_{2}O \rightarrow (CH_{3})_{2}CH-CH(CH_{3})_{2} + 2NaOH + H_{2}\uparrow + 2CO_{2}\uparrow\) Искомые вещества: \(X_{1}\) — 2-бромпропан \(CH_{3}-CHBr-CH_{3}\) (допустим и 2-хлорпропан); \(X_{2}\) — 2,3-диметилбутан \((CH_{3})_{2}CH-CH(CH_{3})_{2}\). Подсказка для самопроверки: \(X_{2}\) получается двумя способами — по Вюрцу и по Кольбе, поэтому число атомов углерода в нём должно быть вдвое больше, чем в \(X_{1}\), и на единицу меньше, чем в соли \(X_{4}\).

При сгорании 42 г органического вещества А образуется 35,84 л (н.у.) углекислого газа, 39,6 г воды и 4,48 л (н.у.) азота. Известно, что вещество А взаимодействует с водным раствором гидроксида калия при нагревании, при этом образуются два продукта, содержащие одинаковое количество атомов углерода. На основании данных условия задачи: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу вещества А; 2) составьте одну из возможных структурных формул вещества А, которая отражает порядок связи атомов в его формульной единице; 3) напишите уравнение реакции вещества А с водным раствором гидроксида калия при нагревании (используйте структурные формулы органических веществ).

1) Находим количества вещества элементов по продуктам сгорания: \(n(CO_{2}) = \dfrac{35{,}84\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}} = 1{,}6\ \text{моль}\), значит \(n(C) = 1{,}6\ \text{моль}\); \(n(H_{2}O) = \dfrac{39{,}6\ \text{г}}{18\ \text{г/моль}} = 2{,}2\ \text{моль}\), значит \(n(H) = 2 \cdot 2{,}2 = 4{,}4\ \text{моль}\); \(n(N_{2}) = \dfrac{4{,}48\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}} = 0{,}2\ \text{моль}\), значит \(n(N) = 2 \cdot 0{,}2 = 0{,}4\ \text{моль}\). Кислород в веществе не определяется по продуктам напрямую, поэтому его массу находим как остаток от массы образца: \(m(C) + m(H) + m(N) = 1{,}6 \cdot 12 + 4{,}4 \cdot 1 + 0{,}4 \cdot 14 = 29{,}2\ \text{г}\); \(m(O) = 42 - 29{,}2 = 12{,}8\ \text{г}\), \(n(O) = \dfrac{12{,}8\ \text{г}}{16\ \text{г/моль}} = 0{,}8\ \text{моль}\). \(n(C) : n(H) : n(N) : n(O) = 1{,}6 : 4{,}4 : 0{,}4 : 0{,}8 = 4 : 11 : 1 : 2\). Молекулярная формула вещества А — \(C_{4}H_{11}NO_{2}\). Проверка: \(M = 105\ \text{г/моль}\), \(n(A) = \dfrac{42\ \text{г}}{105\ \text{г/моль}} = 0{,}4\ \text{моль}\), что совпадает с \(n(N) = 0{,}4\ \text{моль}\), то есть на молекулу приходится один атом азота и формулу удваивать не нужно. 2) Одиннадцать атомов водорода при одном азоте — признак не амина или амида, а соли аммониевого типа. Реакция с водным раствором \(KOH\) при нагревании даёт два продукта с одинаковым числом атомов углерода, значит четыре атома углерода делятся пополам: по два в каждом продукте. Такому набору отвечает соль уксусной кислоты и этиламина — ацетат этиламмония: \(CH_{3}-COO^{-}\ ^{+}NH_{3}-CH_{2}-CH_{3}\) 3) Щёлочь как более сильное основание вытесняет из соли слабое основание — этиламин: \(CH_{3}-COO^{-}\ ^{+}NH_{3}-CH_{2}-CH_{3} + KOH \overset{t}{\rightarrow} CH_{3}-COOK + CH_{3}-CH_{2}-NH_{2} + H_{2}O\)