На взаимодействие с 2,5 кг технического карбоната натрия потребовалась соляная кислота, содержащая 1,46 кг хлороводорода. Вычислите массовую долю (%) нерастворимых в кислоте примесей в образце технического карбоната натрия. (Запишите число с точностью до десятых.) Ответ в процентах (%).

Что такое примеси. Технический реактив — это не чистое вещество: кроме основного компонента в нём есть посторонние вещества (примеси). В реакцию вступает только основной компонент, поэтому по количеству затраченной кислоты можно найти массу чистого \(Na_{2}CO_{3}\), а всё остальное в образце — примеси. Массовая доля примесей — это отношение их массы к массе всего образца. Уравнение реакции: \(Na_{2}CO_{3} + 2HCl = 2NaCl + H_{2}O + CO_{2}\uparrow\) Решение. Найдём количество вещества хлороводорода (\(M(HCl) = 36{,}5\) г/моль, \(1{,}46\) кг \(= 1460\) г): \(n(HCl) = \frac{1460}{36{,}5} = 40\) моль. По уравнению реакции \(n(Na_{2}CO_{3}) : n(HCl) = 1 : 2\), значит карбоната натрия прореагировало вдвое меньше: \(n(Na_{2}CO_{3}) = \frac{40}{2} = 20\) моль. Масса чистого карбоната натрия (\(M(Na_{2}CO_{3}) = 106\) г/моль): \(m(Na_{2}CO_{3}) = 20 \cdot 106 = 2120\) г \(= 2{,}12\) кг. Тогда на примеси приходится: \(m(\text{примесей}) = 2{,}5 - 2{,}12 = 0{,}38\) кг. Массовая доля примесей в образце: \(\omega(\text{примесей}) = \frac{0{,}38}{2{,}5} \cdot 100\% = 15{,}2\%\). Ответ: 15,2

Для выполнения задания 29 используйте следующий перечень веществ: азотная кислота, фторид аммония, иод, хлорид железа(II), аммиак, оксид хрома(VI). Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня выберите два вещества, окислительно-восстановительная реакция между которыми протекает с образованием кислоты. В ходе реакции 1 моль восстановителя отдаёт 10 моль электронов. 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.

\(10HNO_{3} + I_{2} = 2HIO_{3} + 10NO_{2} + 4H_{2}O\) \(10\ |\ N^{+5} + e^{-} \rightarrow N^{+4}\) \(1\ \ \,|\ I_{2}^{0} - 10e^{-} \rightarrow 2I^{+5}\) Окислитель — \(HNO_{3}\)(\(N^{+5}\)) Восстановитель — \(I_{2}^0\). Подробный разбор Из перечня нужна пара, в которой окислитель даёт кислоту, а восстановитель отдаёт ровно 10 электронов на 1 моль. Такая пара — азотная кислота и иод: концентрированная \(HNO_{3}\) — сильный окислитель, а иод в свободном виде (степень окисления \(0\)) способен окисляться до \(+5\), образуя иодную кислоту \(HIO_{3}\); при этом на 1 моль \(I_{2}\) уходит как раз \(2 \cdot 5 = 10\) электронов. Остальные вещества перечня либо не дают кислоту как продукт, либо не подходят по числу электронов. Уравнение реакции: \(10HNO_{3} + I_{2} = 2HIO_{3} + 10NO_{2} + 4H_{2}O\) Электронный баланс: \(10\ |\ N^{+5} + e^{-} \rightarrow N^{+4}\) \(1\ \ \,|\ I_{2}^{0} - 10e^{-} \rightarrow 2I^{+5}\) Окислитель — \(HNO_{3}\), окислительную функцию выполняет азот в степени окисления \(+5\). Восстановитель — \(I_{2}\), то есть иод в степени окисления \(0\).

Для выполнения задания 30 используйте следующий перечень веществ: азотная кислота, фторид аммония, иод, хлорид железа(II), аммиак, оксид хрома(VI). Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня выберите два сильных электролита, реакция ионного обмена между которыми протекает без видимых признаков. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения только одной из возможных реакций.

\(HNO_{3} + NH_{4}F = NH_{4}NO_{3} + HF\) \(H^{+} + NO_{3}^{-} + NH_{4}^{+} + F^{-} = NH_{4}^{+} + NO_{3}^{-} + HF\) \(H^{+} + F^{-} = HF\) Подробный разбор Что требуется: выбрать два сильных электролита, между которыми идёт обмен ионами, но при этом нет ни осадка, ни газа, ни изменения окраски. Из перечня сразу отсекаем неэлектролиты и слабые электролиты: \(I_{2}\) и \(CrO_{3}\) на ионы в растворе не распадаются, а \(NH_{3} \cdot H_{2}O\) — слабый электролит. Остаются \(HNO_{3}\), \(NH_{4}F\) и \(FeCl_{2}\). Берём азотную кислоту и фторид аммония. Обмен идёт потому, что образуется слабая фтороводородная кислота \(HF\): она хорошо растворима и не окрашена, поэтому внешне в пробирке ничего не меняется — это и есть «без видимых признаков». Молекулярное уравнение: \(HNO_{3} + NH_{4}F = NH_{4}NO_{3} + HF\) Расписываем на ионы всё, что является сильным электролитом; \(HF\) оставляем в молекулярном виде. Полное ионное уравнение: \(H^{+} + NO_{3}^{-} + NH_{4}^{+} + F^{-} = NH_{4}^{+} + NO_{3}^{-} + HF\) Сокращаем ионы-«зрители» \(NH_{4}^{+}\) и \(NO_{3}^{-}\), которые есть в обеих частях. Сокращённое ионное уравнение: \(H^{+} + F^{-} = HF\) Обрати внимание: движущая сила реакции здесь — образование слабого электролита, а не осадка или газа. Именно такие пары и нужно искать, когда в условии сказано «без видимых признаков».

Пирит поместили в концентрированный раствор азотной кислоты. Полученную в результате соль выделили и внесли в раствор соли, образовавшейся в результате пропускания избытка углекислого газа через гидроксид натрия. При этом наблюдали образование осадка и выделение газа. Газ пропустили через раствор силиката калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Написаны четыре уравнения описанных реакций: 1) FeS2 + 18HNO3 = Fe(NO3)3 + 2H2SO4 + 15NO2 + 7H2O 2) NaOH + CO2 = NaHCO3 3) Fe(NO3)3 + 3NaHCO3 = Fe(OH)3 + 3NaNO3 + 3CO2 4) CO2 + H2O + K2SiO3 = K2CO3 + H2SiO3 Подробный разбор 1) Пирит — это \(FeS_{2}\), в котором железо \(+2\), а сера \(-1\). Концентрированная \(HNO_{3}\) окисляет оба элемента до высших степеней окисления (\(Fe^{3+}\) и \(S^{+6}\)), поэтому в продуктах — нитрат железа(III) и серная кислота, а сама кислота восстанавливается до \(NO_{2}\): \(FeS_{2} + 18HNO_{3} = Fe(NO_{3})_{3} + 2H_{2}SO_{4} + 15NO_{2}\uparrow + 7H_{2}O\) 2) «Полученная соль» — это \(Fe(NO_{3})_{3}\). Теперь готовим вторую соль: избыток \(CO_{2}\) через \(NaOH\) даёт не карбонат, а гидрокарбонат: \(NaOH + CO_{2} = NaHCO_{3}\) 3) \(Fe^{3+}\) и \(HCO_{3}^{-}\) в растворе совместно не существуют: идёт взаимное усиление гидролиза, поэтому выпадает осадок \(Fe(OH)_{3}\) и выделяется газ \(CO_{2}\) — именно это и описано в условии: \(Fe(NO_{3})_{3} + 3NaHCO_{3} = Fe(OH)_{3}\downarrow + 3NaNO_{3} + 3CO_{2}\uparrow\) 4) Выделившийся \(CO_{2}\) — газ более сильной кислоты, чем кремниевая, поэтому он вытесняет её из раствора силиката: \(CO_{2} + H_{2}O + K_{2}SiO_{3} = K_{2}CO_{3} + H_{2}SiO_{3}\downarrow\) Ключевые моменты: в концентрированной \(HNO_{3}\) сера пирита окисляется до \(H_{2}SO_{4}\), а не до \(SO_{2}\); слово «избыток» \(CO_{2}\) переводит \(NaOH\) в \(NaHCO_{3}\); соль \(Fe^{3+}\) с гидрокарбонатом даёт сразу и осадок, и газ.

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

Толуол при окислении водным раствором \(KMnO_{4}\) при нагревании даёт соль бензойной кислоты — бензоат калия (\(X_{1}\)). Окисляется только метильная группа, бензольное кольцо устойчиво: \(C_{6}H_{5}-CH_{3} + 2KMnO_{4} \overset{t}{\rightarrow} C_{6}H_{5}-COOK + 2MnO_{2}\downarrow + KOH + H_{2}O\) \(C_{6}H_{5}-COOK + KOH \overset{t}{\rightarrow} C_{6}H_{6} + K_{2}CO_{3}\) \(C_{6}H_{6} + 3H_{2} \overset{кат.}{\rightarrow} C_{6}H_{12}\) \(C_{6}H_{12} + Cl_{2} \overset{h\nu}{\rightarrow} C_{6}H_{11}-Cl + HCl\) \(2C_{6}H_{11}-Cl + 2Na \rightarrow C_{6}H_{11}-C_{6}H_{11} + 2NaCl\) Вещества, скрытые в схеме: \(X_{1}\) — \(C_{6}H_{5}-COOK\), бензоат калия; \(X_{2}\) — \(C_{6}H_{12}\), циклогексан. Обрати внимание на логику выбора \(X_{2}\): по условию следующая стадия — замещение под действием \(Cl_{2}\) на свету, а такое радикальное хлорирование идёт по \(sp^{3}\)-гибридизованным атомам углерода. У самого бензола таких атомов нет, поэтому кольцо предварительно гидрируют до циклогексана. Последняя стадия — реакция Вюрца: два радикала соединяются по месту отрыва хлора, натрий связывает хлор в \(NaCl\).