Вещество А содержит 39,13 % углерода, 17,39 % кислорода, 15,22 % азота, 21,20 % калия по массе, остальное - водород. Вещество А образуется при взаимодействии вещества В с гидроксидом калия. Известно, что молекула вещества В имеет неразветвлённый углеродный скелет, содержит три функциональные группы, при этом азотсодержащие функциональные группы максимально удалены друг от друга. На основании данных условия задачи: 1) проведите необходимые вычисления и установите молекулярную формулу вещества А; 2) составьте структурную формулу вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение получения вещества А при взаимодействии вещества В с гидроксидом калия (используйте структурные формулы органических веществ).

Примем массу вещества А равной 100 г, тогда массы элементов численно равны их массовым долям; доля водорода: \(\omega(H) = 100\% - 39,13\% - 17,39\% - 15,22\% - 21,20\% = 7,06\%\). Количества вещества атомов каждого элемента в 100 г вещества А: \(n(C) = \dfrac{39,13\ \text{г}}{12\ \text{г/моль}} = 3,26\ \text{моль}\); \(n(H) = \dfrac{7,06\ \text{г}}{1\ \text{г/моль}} = 7,06\ \text{моль}\); \(n(O) = \dfrac{17,39\ \text{г}}{16\ \text{г/моль}} = 1,09\ \text{моль}\); \(n(N) = \dfrac{15,22\ \text{г}}{14\ \text{г/моль}} = 1,09\ \text{моль}\); \(n(K) = \dfrac{21,20\ \text{г}}{39\ \text{г/моль}} = 0,54\ \text{моль}\). Соотношение количеств вещества элементов (делим на наименьшее — 0,54 моль): \(n(C) : n(H) : n(O) : n(N) : n(K) = 3,26 : 7,06 : 1,09 : 1,09 : 0,54 = 6 : 13 : 2 : 2 : 1\) Молекулярная формула вещества А — \(C_{6}H_{13}O_{2}N_{2}K\). Калий в органическом веществе входит в состав соли карбоновой кислоты (группа \(-COOK\)), на это указывает и то, что А получено действием \(KOH\). Значит, из двух атомов кислорода оба принадлежат этой группе, а оба атома азота — двум аминогруппам \(-NH_{2}\). Остаётся неразветвлённая цепь из пяти атомов углерода с \(-COOK\) на конце; аминогруппы должны быть максимально удалены друг от друга, поэтому они стоят при 2-м и 5-м атомах углерода. Структурная формула вещества А (калиевая соль 2,5-диаминопентановой кислоты): \(H_{2}N-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOK\) Вещество В — сама 2,5-диаминопентановая кислота с тремя функциональными группами (две \(-NH_{2}\) и одна \(-COOH\)); с щёлочью реагирует только карбоксильная группа: \(H_{2}N-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOH + KOH \rightarrow H_{2}N-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOK + H_{2}O\)

К 161 г водного раствора аммиака, в котором 55,9 % от общей массы раствора составляет масса протонов в ядрах всех атомов, добавили 40,05 г хлорида алюминия. Через образовавшийся раствор пропустили сернистый газ, при этом прореагировало 2,24 л (н.у.) газа. Вычислите массовые доли солей в конечном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

Уравнения реакций: 3NH3 + 3H2O + AlCl3 = 3NH4Cl + Al(OH)3 NH3 + H2O + SO2 = NH4HSO3 1 моль NH3 содержит 10 моль протонов. 1 моль H2O содержит 10 моль протонов. m(протонов) = 161·0,559 = 90 г n(протонов) = 90 моль Пусть в смеси было x моль NH3 и y моль H2O, тогда 17x + 18y = 161 10x + 10y = 90 x = n(NH3) = 1 моль n(AlCl3) = 40,05/133,5 = 0,3 моль n(NH3 прореаг.) = 3·n(AlCl3) = 0,9 моль n(NH3 осталось) = 1 − 0,9 = 0,1 моль n(SO2) = 2,24/22,4 = 0,1 моль n(NH4Cl) = n(NH3 прореаг.) = 0,9 моль n(NH4HSO3) = n(SO2) = 0,1 моль n(Al(OH)3) = n(AlCl3) = 0,3 моль m(SO2) = 0,1·64 = 6,4 г m(NH4Cl) = 0,9·53,5 = 48,15 г m(NH4HSO3) = 99·0,1 = 9,9 г m(Al(OH)3) = 0,3·78 = 23,4 г m(р-ра) = 161 + 40,05 + 6,4 − 23,4 = 184,05 г ω(NH4Cl) = (48,15/184,05)·100 = 26 % ω(NH4HSO3) = (9,9/184,05)·100 = 5,4 % Подробный разбор Массу протонов считаем через число протонов в молекулах: в \(NH_{3}\) их \(7 + 3\cdot1 = 10\), в \(H_{2}O\) — \(8 + 2\cdot1 = 10\), то есть 1 моль любого из этих веществ даёт 10 моль протонов. \(m(\text{протонов}) = 161\ \text{г} \cdot 0{,}559 = 90\ \text{г}\), а так как \(M(\text{протона}) \approx 1\ \text{г/моль}\), то \(n(\text{протонов}) = 90\ \text{моль}\). Пусть в растворе \(x\) моль \(NH_{3}\) и \(y\) моль \(H_{2}O\). По массе раствора и по протонам: \(17x + 18y = 161\) и \(10x + 10y = 90\). Отсюда \(x + y = 9\), \(17x + 18(9-x) = 161\), \(x = n(NH_{3}) = 1\ \text{моль}\). Аммиак — слабое основание, поэтому с солью алюминия он даёт не гидроксокомплекс, а осадок гидроксида: \(3NH_{3} + 3H_{2}O + AlCl_{3} = 3NH_{4}Cl + Al(OH)_{3}\downarrow\) \(n(AlCl_{3}) = \dfrac{40{,}05\ \text{г}}{133{,}5\ \text{г/моль}} = 0{,}3\ \text{моль}\). По уравнению из п. 3: \(n(NH_{3}\ \text{прореаг.}) = 3 \cdot 0{,}3 = 0{,}9\ \text{моль}\), \(n(NH_{4}Cl) = 0{,}9\ \text{моль}\), \(n(Al(OH)_{3}) = 0{,}3\ \text{моль}\). Значит, аммиак взят в избытке: \(n(NH_{3}\ \text{ост.}) = 1 - 0{,}9 = 0{,}1\ \text{моль}\). Именно он и связывает сернистый газ; \(n(SO_{2}) = \dfrac{2{,}24\ \text{л}}{22{,}4\ \text{л/моль}} = 0{,}1\ \text{моль}\), то есть на 1 моль \(NH_{3}\) приходится 1 моль \(SO_{2}\) — образуется кислая соль: \(NH_{3} + H_{2}O + SO_{2} = NH_{4}HSO_{3}\) По уравнению из п. 5: \(n(NH_{4}HSO_{3}) = n(SO_{2}) = 0{,}1\ \text{моль}\). Массы: \(m(NH_{4}Cl) = 0{,}9\ \text{моль} \cdot 53{,}5\ \text{г/моль} = 48{,}15\ \text{г}\); \(m(NH_{4}HSO_{3}) = 0{,}1\ \text{моль} \cdot 99\ \text{г/моль} = 9{,}9\ \text{г}\); \(m(Al(OH)_{3}) = 0{,}3\ \text{моль} \cdot 78\ \text{г/моль} = 23{,}4\ \text{г}\); \(m(SO_{2}) = 0{,}1\ \text{моль} \cdot 64\ \text{г/моль} = 6{,}4\ \text{г}\). Масса раствора: прибавляем всё внесённое и вычитаем ушедший в осадок гидроксид: \(m(\text{р-ра}) = 161 + 40{,}05 + 6{,}4 - 23{,}4 = 184{,}05\ \text{г}\). \(\omega(NH_{4}Cl) = \dfrac{48{,}15}{184{,}05} \cdot 100\ \% \approx 26\ \%\); \(\omega(NH_{4}HSO_{3}) = \dfrac{9{,}9}{184{,}05} \cdot 100\ \% \approx 5{,}4\ \%\). Ответ: \(\omega(NH_{4}Cl) \approx 26\ \%\), \(\omega(NH_{4}HSO_{3}) \approx 5{,}4\ \%\).

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии содержат два неспаренных электрона. Запишите номера выбранных элементов. 1) Be 2) V 3) Ti 4) H 5) S

В таком задании нужно записать электронную конфигурацию внешних (валентных) уровней атома в основном состоянии и посмотреть, сколько орбиталей заполнены наполовину — именно они дают неспаренные электроны. У титана \(Ti\) (№22) конфигурация валентных подуровней \(3d^{2}4s^{2}\): на \(4s\)-орбитали электроны спарены, а два \(d\)-электрона по правилу Хунда занимают разные орбитали из пяти доступных, поэтому оба остаются неспаренными — ровно два. У серы \(S\) (№16) конфигурация \(3s^{2}3p^{4}\): \(3s\)-пара спарена, а четыре электрона на трёх \(p\)-орбиталях распределяются так, что одна орбиталь занята парой, а две — по одному электрону, что снова даёт два неспаренных электрона. Остальные элементы ряда под условие не подходят. Бериллий \(Be\) (№4) имеет конфигурацию \(1s^{2}2s^{2}\) — все электроны спарены, неспаренных нет вовсе. У ванадия \(V\) (№23) валентные подуровни \(3d^{3}4s^{2}\), и три \(d\)-электрона располагаются на трёх разных орбиталях, то есть неспаренных электронов три, а не два. У водорода \(H\) единственный электрон \(1s^{1}\) — неспаренный только один. Значит, условию отвечают титан и сера. Ответ: 35

Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые в Периодической системе Д. И. Менделеева находятся в малых периодах. Расположите выбранные элементы в порядке возрастания их электроотрицательности. Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности. 1) Be 2) V 3) Ti 4) H 5) S.

В ряду даны элементы 1) \(Be\), 2) \(V\), 3) \(Ti\), 4) \(H\), 5) \(S\). Нужно сначала отобрать те, что стоят в малых периодах, а затем упорядочить их по возрастанию электроотрицательности. Малыми называют первые три периода: первый (\(H\), \(He\)), второй (\(Li\)–\(Ne\)) и третий (\(Na\)–\(Ar\)). Начиная с четвёртого периоды большие, потому что в них появляются \(d\)-элементы. Смотрим положение каждого элемента: \(H\) — первый период, \(Be\) — второй период, \(S\) — третий период. Значит, эти три элемента и относятся к малым периодам, их номера в ряду — 4, 1 и 5. Ванадий \(V\) и титан \(Ti\) — \(d\)-элементы четвёртого периода, то есть большого, поэтому они не подходят. Теперь сравниваем электроотрицательность отобранных элементов. Бериллий — типичный металл главной подгруппы II группы, он легко отдаёт электроны, поэтому его электроотрицательность самая маленькая. Водород по способности притягивать общую электронную пару заметно превосходит металлы, но уступает типичным неметаллам. Сера — неметалл VI группы, у неё до завершения внешнего слоя не хватает всего двух электронов, поэтому она притягивает электронную плотность сильнее всех троих. Получаем ряд возрастания электроотрицательности: \(Be < H < S\), что соответствует номерам 1, 4, 5. Ответ: 145.

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые имеют одинаковую разность между значениями их высшей и низшей степеней окисления. Запишите номера выбранных элементов. 1) Be 2) V 3) Ti 4) H 5) S.

Начните с того, что высшую и низшую степени окисления удобно определять по положению элемента в Периодической таблице: у металлов низшая степень окисления равна нулю (отрицательных они не образуют), а высшая обычно совпадает с номером группы; у неметаллов низшая находится как \(N - 8\), где \(N\) — номер группы. Значит, для каждого элемента ряда нужно выписать пару крайних значений и найти их разность. Бериллий — металл \(IIA\)-группы: высшая степень окисления \(+2\) (например, в \(BeO\)), низшая \(0\) (простое вещество). Разность равна \(2 - 0 = 2\). Водород — единственный элемент, который проявляет и \(+1\) (в \(H_{2}O\), \(HCl\)), и \(-1\) (в гидридах металлов, например \(NaH\)). Разность равна \(1 - (-1) = 2\). У остальных элементов разности другие: у ванадия высшая \(+5\), низшая \(0\), разность \(5\); у титана соответственно \(+4\) и \(0\), разность \(4\); у серы, элемента \(VIA\)-группы, высшая \(+6\) (в \(H_{2}SO_{4}\)), низшая \(-2\) (в \(H_{2}S\)), разность \(8\). Одинаковую разность, равную \(2\), дают только бериллий и водород. Ответ: 14