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

Схема раскручивается от стирола: чтобы получить его из бензола, нужно сначала «пришить» к кольцу двухуглеродный заместитель (алкилирование этиленом), а затем превратить этильную группу в винильную через галогенопроизводное. Алкилирование бензола этиленом по Фриделю–Крафтсу: \(C_{6}H_{6} + CH_{2}{=}CH_{2} \overset{\text{кат.}}{\rightarrow} C_{6}H_{5}{-}CH_{2}{-}CH_{3}\) Радикальное хлорирование на свету идёт по боковой цепи, причём в наиболее замещённое \(\alpha\)-положение: \(C_{6}H_{5}{-}CH_{2}{-}CH_{3} + Cl_{2} \overset{h\nu}{\rightarrow} C_{6}H_{5}{-}CHCl{-}CH_{3} + HCl\) Спиртовой раствор щёлочи даёт дегидрогалогенирование (а не гидролиз): \(C_{6}H_{5}{-}CHCl{-}CH_{3} + KOH \overset{\text{спирт.}}{\rightarrow} C_{6}H_{5}{-}CH{=}CH_{2} + KCl + H_{2}O\) Жёсткое окисление подкисленным перманганатом рвёт двойную связь: кольцо устойчиво, а концевой атом углерода уходит в \(CO_{2}\): \(5C_{6}H_{5}{-}CH{=}CH_{2} + 12KMnO_{4} + 18H_{2}SO_{4} \overset{t}{\rightarrow} 5C_{6}H_{5}{-}COOH + 5CO_{2}\uparrow + 6K_{2}SO_{4} + 12MnSO_{4} + 28H_{2}O\) Этерификация с метанолом в присутствии серной кислоты: \(C_{6}H_{5}{-}COOH + CH_{3}OH \overset{H_{2}SO_{4}}{\rightleftarrows} C_{6}H_{5}{-}COOCH_{3} + H_{2}O\) Промежуточные вещества: \(X_{1}\) — этилбензол \(C_{6}H_{5}{-}CH_{2}{-}CH_{3}\) \(X_{2}\) — 1-хлор-1-фенилэтан \(C_{6}H_{5}{-}CHCl{-}CH_{3}\) \(X_{3}\) — бензойная кислота \(C_{6}H_{5}{-}COOH\) Обрати внимание: хлорирование ведут именно на свету — с \(AlCl_{3}\) галоген пошёл бы в кольцо, и стирол получить не удалось бы.

При сгорании 5,19 г органического вещества получили 4,032 л (н.у.) углекислого газа, 2,43 г бромоводорода и 1,08 г воды. Известно, что функциональные группы в молекуле этого вещества максимально удалены друг от друга. На основании данных условия задания: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения физических величин) и установите молекулярную формулу вещества; 2) составьте возможную структурную формулу вещества, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции этого вещества с избытком водного раствора гидроксида калия без нагревания (используйте структурные формулы органических веществ).

Обрати внимание: при сгорании выделился бромоводород, значит в веществе есть бром, и часть водорода ушла не в воду, а в \(HBr\). Кислород ищем по разности масс. Пусть формула вещества \(C_{x}H_{y}Br_{z}O_{t}\). \(n(CO_{2}) = \dfrac{4{,}032\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}} = 0{,}18\ \text{моль}\), поэтому \(n(C) = 0{,}18\ \text{моль}\), \(m(C) = 0{,}18\ \text{моль} \cdot 12\ \text{г/моль} = 2{,}16\ \text{г}\). \(n(H_{2}O) = \dfrac{1{,}08\ \text{г}}{18\ \text{г/моль}} = 0{,}06\ \text{моль}\). \(n(HBr) = \dfrac{2{,}43\ \text{г}}{81\ \text{г/моль}} = 0{,}03\ \text{моль}\), отсюда \(n(Br) = 0{,}03\ \text{моль}\), \(m(Br) = 0{,}03\ \text{моль} \cdot 80\ \text{г/моль} = 2{,}4\ \text{г}\). Водород распределился между водой и бромоводородом: \(n(H) = 2 \cdot 0{,}06\ \text{моль} + 0{,}03\ \text{моль} = 0{,}15\ \text{моль}\), \(m(H) = 0{,}15\ \text{г}\). \(m(O) = 5{,}19\ \text{г} - 2{,}16\ \text{г} - 2{,}4\ \text{г} - 0{,}15\ \text{г} = 0{,}48\ \text{г}\), \(n(O) = \dfrac{0{,}48\ \text{г}}{16\ \text{г/моль}} = 0{,}03\ \text{моль}\). \(x : y : z : t = 0{,}18 : 0{,}15 : 0{,}03 : 0{,}03 = 6 : 5 : 1 : 1\). Молекулярная формула — \(C_{6}H_{5}OBr\). Степень насыщенности отвечает бензольному кольцу: на нём один атом брома и одна группа \(OH\). Условие «функциональные группы максимально удалены друг от друга» означает пара-расположение заместителей, то есть это 4-бромфенол: \(HO-C_{6}H_{4}-Br\) (заместители в положениях 1 и 4) Без нагревания щёлочь реагирует только с гидроксильной группой фенола (фенол — слабая кислота), а атом брома, связанный с бензольным кольцом, в этих условиях не гидролизуется:

Через 522 г 10%-ного раствора нитрата бария пропускали электрический ток до тех пор, пока на катоде не выделилось 94,08 л (н.у.) газа. К образовавшемуся раствору добавили насыщенный при некоторой температуре раствор, полученный добавлением к воде медного купороса (CuSO4*5H2O) массой 100 г. В результате реакции массовая доля сульфата меди(II) в растворе уменьшилась в 4 раза. Вычислите растворимость (в граммах на 100 г воды) сульфата меди(II) при данной температуре. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Уравнения реакций: [1] 2H2O = 2H2↑ + O2↑ (электролиз) [2] CuSO4 + Ba(NO3)2 = BaSO4↓ + Cu(NO3)2 m(Ba(NO3)2) = 0,1·522 = 52,2 г n(Ba(NO3)2) = 52,2/261 = 0,2 моль n(H2) = 94,08/22,4 = 4,2 моль n(H2O) = n(H2) = 4,2 моль m(H2O) = 4,2·18 = 75,6 г m(раств.[2])(Ba(NO3)2) = 522 − 75,6 = 446,4 г n(CuSO4·5H2O) = 100/250 = 0,4 моль n(CuSO4) = 0,4 моль m(CuSO4) = 0,4·160 = 64 г n(CuSO4 прореагировало) = 0,2 моль n(CuSO4 осталось) = 0,2 моль m(CuSO4 осталось) = 0,2·160 = 32 г n(BaSO4) = 0,2 моль m(BaSO4) = 0,2·233 = 46,6 г Пусть m исходного раствора CuSO4 = x г, тогда ω(CuSO4 исх.) = 64/x ω(CuSO4 оставш.) = 32/(x + 446,4 − 46,6) = 32/(x + 399,8) ω(CuSO4 исх.) = 4·ω(CuSO4 оставш.) 64/x = 4·32/(x + 399,8) x = 399,8 г m(H2O в исх. р-ре) = 399,8 − 64 = 335,8 г Растворимость CuSO4 = 64·100/335,8 = 19 г на 100 г воды Подробный разбор При электролизе раствора нитрата бария ни катион \(Ba^{2+}\), ни анион \(NO_{3}^{-}\) не разряжаются, поэтому на электродах идёт разложение воды, а соль остаётся в растворе: \(2H_{2}O \xrightarrow{\text{электролиз}} 2H_{2}\uparrow + O_{2}\uparrow\) \(CuSO_{4} + Ba(NO_{3})_{2} = BaSO_{4}\downarrow + Cu(NO_{3})_{2}\) Раствор нитрата бария после электролиза. \(m(Ba(NO_{3})_{2}) = 0{,}1 \cdot 522\ \text{г} = 52{,}2\ \text{г}\); \(n(Ba(NO_{3})_{2}) = \dfrac{52{,}2\ \text{г}}{261\ \text{г/моль}} = 0{,}2\ \text{моль}\) \(n(H_{2}) = \dfrac{94{,}08\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}} = 4{,}2\ \text{моль}\) По уравнению [1] \(n(H_{2}O) = n(H_{2}) = 4{,}2\ \text{моль}\), то есть \(m(H_{2}O) = 4{,}2\ \text{моль} \cdot 18\ \text{г/моль} = 75{,}6\ \text{г}\) — именно на столько уменьшилась масса раствора (это суммарная масса выделившихся \(H_{2}\) и \(O_{2}\)). \(m(\text{р-ра } Ba(NO_{3})_{2}) = 522\ \text{г} - 75{,}6\ \text{г} = 446{,}4\ \text{г}\) Насыщенный раствор медного купороса. \(n(CuSO_{4} \cdot 5H_{2}O) = \dfrac{100\ \text{г}}{250\ \text{г/моль}} = 0{,}4\ \text{моль}\), значит \(n(CuSO_{4}) = 0{,}4\ \text{моль}\) и \(m(CuSO_{4}) = 0{,}4\ \text{моль} \cdot 160\ \text{г/моль} = 64\ \text{г}\). Реакция [2]. В недостатке нитрат бария, поэтому по уравнению [2] \(n(CuSO_{4}\ \text{прореаг.}) = n(BaSO_{4}) = n(Ba(NO_{3})_{2}) = 0{,}2\ \text{моль}\): \(m(BaSO_{4}) = 0{,}2\ \text{моль} \cdot 233\ \text{г/моль} = 46{,}6\ \text{г}\) (уходит в осадок); \(n(CuSO_{4}\ \text{ост.}) = 0{,}4 - 0{,}2 = 0{,}2\ \text{моль}\), \(m(CuSO_{4}\ \text{ост.}) = 0{,}2\ \text{моль} \cdot 160\ \text{г/моль} = 32\ \text{г}\). Условие «доля уменьшилась в 4 раза». Пусть масса насыщенного раствора \(x\) г. Тогда \(\omega_{\text{исх}}(CuSO_{4}) = \dfrac{64}{x}\), а масса конечного раствора равна \(x + 446{,}4 - 46{,}6 = x + 399{,}8\) (прибавили раствор соли бария, вычли осадок), откуда \(\omega_{\text{кон}}(CuSO_{4}) = \dfrac{32}{x + 399{,}8}\). \(\dfrac{64}{x} = 4 \cdot \dfrac{32}{x + 399{,}8} \Rightarrow 64x + 25587{,}2 = 128x \Rightarrow x = 399{,}8\ \text{г}\) Растворимость. Воды в насыщенном растворе: \(m(H_{2}O) = 399{,}8\ \text{г} - 64\ \text{г} = 335{,}8\ \text{г}\), поэтому \(s(CuSO_{4}) = \dfrac{64\ \text{г} \cdot 100\ \text{г}}{335{,}8\ \text{г}} \approx 19\ \text{г на 100 г воды}\) Ответ: около 19 г на 100 г воды.

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют одинаковое число неспаренных p-электронов во внешнем слое. Запишите номера выбранных элементов. 1) Sn 2) F 3) Al 4) Cr 5) N

Число неспаренных p-электронов внешнего слоя определяется по электронной конфигурации последнего энергетического уровня: сначала записываем конфигурацию атома в основном состоянии, затем смотрим, сколько p-орбиталей внешнего слоя заняты одиночными электронами (по правилу Гунда электроны заполняют орбитали одного подуровня сначала поодиночке). Разберём каждый элемент ряда: \(Sn\) — \(...4d^{10}5s^{2}5p^{2}\): на внешнем 5-м слое два p-электрона занимают разные орбитали, значит 2 неспаренных; \(F\) — \(1s^{2}2s^{2}2p^{5}\): из трёх p-орбиталей две заполнены парами, одна содержит один электрон — 1 неспаренный; \(Al\) — \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{1}\): на внешнем 3-м слое единственный p-электрон — 1 неспаренный; \(Cr\) — \(...3d^{5}4s^{1}\): внешний слой четвёртый, и на нём есть только \(4s^{1}\); p-подуровень внешнего слоя пуст, поэтому неспаренных p-электронов внешнего слоя 0 (пять неспаренных \(3d\)-электронов относятся к предвнешнему слою и в счёт не идут); \(N\) — \(1s^{2}2s^{2}2p^{3}\): три p-электрона располагаются по одному на трёх орбиталях — 3 неспаренных. Одинаковое число неспаренных p-электронов внешнего слоя (по одному) оказывается у фтора и алюминия — они и составляют искомую пару. Олово с двумя, азот с тремя и хром с нулём такому условию не отвечают: у олова и азота значения отличаются и от единицы, и друг от друга, а у хрома внешний p-подуровень вообще не заселён. Ответ: 23

Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-металла. Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения числа валентных электронов. Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности. 1) Sn 2) F 3) Al 4) Cr 5) N.

Сначала выберем из ряда металлы. Фтор (2) и азот (5) — типичные неметаллы, они находятся в главных подгруппах VII и V групп и стоят в правой верхней части таблицы. Остаются три металла: \(Sn\) (1), \(Al\) (3) и \(Cr\) (4). Теперь у каждого металла посчитаем валентные электроны — те, которые могут участвовать в образовании связей. Для элементов главных подгрупп это электроны внешнего слоя, а для элементов побочных подгрупп (d-элементов) — электроны внешнего s-подуровня вместе с электронами предвнешнего d-подуровня. Хром (4) — d-элемент VI группы, электронная конфигурация валентного слоя \(3d^{5}4s^{1}\). Валентных электронов 6 — их число совпадает с номером группы. Олово (1) — p-элемент IV группы (главная подгруппа), внешний слой \(5s^{2}5p^{2}\). Валентных электронов 4. Алюминий (3) — p-элемент III группы (главная подгруппа), внешний слой \(3s^{2}3p^{1}\). Валентных электронов 3. Расположим металлы в порядке уменьшения числа валентных электронов: \(Cr\) (6) \(\rightarrow\) \(Sn\) (4) \(\rightarrow\) \(Al\) (3). Ответ: 413.