Для выполнения задания 29 используйте следующий перечень веществ: бромид магния, хлорид цинка, пероксид водорода, нитрит калия, хромат калия, серная кислота. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня выберите вещество-окислитель и вещество-восстановитель, реакция между которыми в соответствующей среде приводит к образованию окрашенного простого вещества и раствора только одной соли; образование осадка или газа в ходе реакции не происходит. 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.

\(MgBr_{2} + H_{2}O_{2} + H_{2}SO_{4} = MgSO_{4} + Br_{2} + 2H_{2}O\) \(1\ |\ 2O^{-1} + 2e^{-} \rightarrow 2O^{-2}\) \(1\ |\ 2Br^{-} - 2e^{-} \rightarrow Br_{2}^{0}\) Окислитель — \(H_{2}O_{2}\)\((O^{-1})\). Восстановитель — \(MgBr_{2}\) \((Br^{-1})\). Подробный разбор Окрашенное простое вещество из этого перечня можно получить только в виде брома, поэтому в реакцию берём бромид магния как источник \(Br^{-}\) и пероксид водорода как окислитель; третье вещество — серная кислота — создаёт кислую среду и связывает магний в единственную соль \(MgSO_{4}\), которая остаётся в растворе. Выбранные вещества: пероксид водорода \(H_{2}O_{2}\) и бромид магния \(MgBr_{2}\), среда — серная кислота \(H_{2}SO_{4}\). Хлорид цинка не подходит: хлор выделялся бы в виде газа, да и \(H_{2}O_{2}\) его не окисляет. Нитрит калия и хромат калия не дают простого окрашенного вещества, а щелочная среда хромата привела бы к осадку гидроксида. Уравнение реакции: \(MgBr_{2} + H_{2}O_{2} + H_{2}SO_{4} = MgSO_{4} + Br_{2} + 2H_{2}O\) Электронный баланс: \(1\ |\ 2O^{-1} + 2e^{-} \rightarrow 2O^{-2}\) \(1\ |\ 2Br^{-} - 2e^{-} \rightarrow Br_{2}^{0}\) Окислитель — пероксид водорода \(H_{2}O_{2}\) за счёт кислорода в степени окисления \(-1\), он понижает её до \(-2\). Восстановитель — бромид магния \(MgBr_{2}\) за счёт брома в степени окисления \(-1\), он повышает её до \(0\).

Для выполнения задания 30 используйте следующий перечень веществ: бромид магния, хлорид цинка, пероксид водорода, нитрит калия, хромат калия, серная кислота. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня выберите вещества, реакция ионного обмена между растворами которых сопровождается образованием осадка. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения только одной возможной реакции.

\(K_{2}CrO_{4} + ZnCl_{2} = ZnCrO_{4}\downarrow + 2KCl\) \(2K^{+} + CrO_{4}^{2-} + Zn^{2+} + 2Cl^{-} = ZnCrO_{4}\downarrow + 2K^{+} + 2Cl^{-}\) \(Zn^{2+} + CrO_{4}^{2-} = ZnCrO_{4}\downarrow\) Подробный разбор Из перечня растворимы все вещества, значит осадок должен дать сам продукт обмена. Единственная нерастворимая соль, которую можно собрать из этих ионов, — хромат цинка \(ZnCrO_{4}\) (сульфаты \(MgSO_{4}\), \(ZnSO_{4}\) и хромат магния растворимы, поэтому другие пары осадка не дают). Берём растворы хромата калия и хлорида цинка — ионы \(Zn^{2+}\) и \(CrO_{4}^{2-}\) связываются в осадок, а \(K^{+}\) и \(Cl^{-}\) остаются в растворе. Молекулярное уравнение: \(K_{2}CrO_{4} + ZnCl_{2} = ZnCrO_{4}\downarrow + 2KCl\) Полное ионное уравнение (сильные электролиты — на ионы, осадок — молекулой): \(2K^{+} + CrO_{4}^{2-} + Zn^{2+} + 2Cl^{-} = ZnCrO_{4}\downarrow + 2K^{+} + 2Cl^{-}\) Сокращаем ионы-наблюдатели \(2K^{+}\) и \(2Cl^{-}\) слева и справа: \(Zn^{2+} + CrO_{4}^{2-} = ZnCrO_{4}\downarrow\) Признак реакции: выпадает жёлтый осадок хромата цинка.

Гидрид кальция растворили в большом избытке раствора ортофосфорной кислоты. К полученному раствору добавили гашёную известь. Выпавший осадок отделили, высушили и прокалили с углём и оксидом кремния. Образовавшееся простое вещество сплавили с хлоратом калия. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

Написаны четыре уравнения описанных реакций: 1) CaH2 + 2H3PO4 = Ca(H2PO4)2 + 2H2 2) Ca(H2PO4)2 + 2Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2 + 4H2O 3) Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 = 3CaSiO3 + 5CO + 2P 4) 6P + 5KClO3 = 5KCl + 3P2O5 Подробный разбор В задании последовательно превращаются гидрид кальция → кислая соль → средний фосфат → фосфор → его оксид. Гидрид кальция — источник гидрид-иона, который с кислотой даёт водород. Кислоты взят большой избыток, поэтому образуется кислая соль — дигидрофосфат кальция: \(CaH_{2} + 2H_{3}PO_{4} = Ca(H_{2}PO_{4})_{2} + 2H_{2}\uparrow\) Гашёная извёстка \(Ca(OH)_{2}\) нейтрализует оба подвижных атома водорода в кислой соли, и в осадок выпадает средний фосфат кальция: \(Ca(H_{2}PO_{4})_{2} + 2Ca(OH)_{2} = Ca_{3}(PO_{4})_{2}\downarrow + 4H_{2}O\) Прокаливание фосфата с углём и оксидом кремния — промышленный способ получения фосфора: углерод восстанавливает фосфор, а \(SiO_{2}\) связывает кальций в силикат. «Простое вещество» здесь — \(P\): \(Ca_{3}(PO_{4})_{2} + 5C + 3SiO_{2} \overset{t}{\rightarrow} 3CaSiO_{3} + 5CO + 2P\) Хлорат калия — сильный окислитель, он окисляет фосфор до высшего оксида, сам восстанавливаясь до хлорида: \(6P + 5KClO_{3} \overset{t}{\rightarrow} 5KCl + 3P_{2}O_{5}\)

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

Разберём цепочку по шагам, а затем выпишем ответ. Метан при 1500 °C подвергается пиролизу — это стандартный промышленный способ получения ацетилена, поэтому \(X_{1}\) — ацетилен: \(2CH_{4} \overset{1500^{\circ}C}{\rightarrow} CH\equiv CH + 3H_{2}\uparrow\) Водороды при тройной связи у ацетилена подвижны (С–Н-кислотность), поэтому натрий замещает оба атома водорода. \(X_{2}\) — ацетиленид натрия: \(CH\equiv CH + 2Na \overset{t}{\rightarrow} NaC\equiv CNa + H_{2}\uparrow\) Чтобы из двухуглеродного фрагмента получить бутин-2, к каждому концу нужно «пришить» по метильной группе — берём галогенометан: \(NaC\equiv CNa + 2CH_{3}I \rightarrow CH_{3}-C\equiv C-CH_{3} + 2NaI\) Жёсткое окисление подкисленным перманганатом разрывает тройную связь: симметричный бутин-2 даёт две одинаковые молекулы уксусной кислоты, то есть \(X_{3}\) — уксусная кислота: \(5CH_{3}-C\equiv C-CH_{3} + 6KMnO_{4} + 9H_{2}SO_{4} \overset{t}{\rightarrow} 10CH_{3}COOH + 6MnSO_{4} + 3K_{2}SO_{4} + 4H_{2}O\) Хлорирование в присутствии красного фосфора идёт по \(\alpha\)-углероду (реакция Гелля–Фольгарда–Зелинского), а не по группе \(-COOH\): \(CH_{3}COOH + Cl_{2} \overset{P}{\rightarrow} CH_{2}Cl-COOH + HCl\uparrow\) Ответ: \(X_{1}\) — ацетилен, \(CH\equiv CH\) \(X_{2}\) — ацетиленид натрия, \(NaC\equiv CNa\)

Вещество А содержит 60,38 % углерода, 8,81 % азота, 20,13 % кислорода по массе, остальное — водород. Известно, что вещество А не содержит кратных углерод-углеродных связей и имеет в своей структуре только один третичный атом углерода. При взаимодействии вещества А с раствором гидроксида натрия при нагревании образуются два органических вещества, в молекуле одного из которых содержится семь атомов углерода. На основании данных условия задачи: 1) проведите необходимые вычисления и установите молекулярную формулу вещества А; 2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его формульной единице; 3) напишите уравнение реакции вещества А с раствором гидроксида натрия при нагревании (используйте структурные формулы органических веществ).

1) Молекулярная формула. Доля водорода: \(100\% - 60,38\% - 8,81\% - 20,13\% = 10,68\%\). Возьмём 100 г вещества А и найдём количества вещества элементов: \(n(C) = 60,38\ \text{г} : 12\ \text{г/моль} = 5,032\ \text{моль}\) \(n(H) = 10,68\ \text{г} : 1\ \text{г/моль} = 10,68\ \text{моль}\) \(n(N) = 8,81\ \text{г} : 14\ \text{г/моль} = 0,629\ \text{моль}\) \(n(O) = 20,13\ \text{г} : 16\ \text{г/моль} = 1,258\ \text{моль}\) Разделим все значения на наименьшее (0,629 моль): \(n(C) : n(H) : n(N) : n(O) = 8 : 17 : 1 : 2\). Простейшая формула сразу оказывается молекулярной, потому что атом азота один и удвоить набор нельзя: \(C_{8}H_{17}NO_{2}\), \(M = 159\) г/моль. 2) Структурная формула. Два кислорода и один азот при полном отсутствии кратных связей, а главное — образование при действии щёлочи двух органических веществ, указывают на соль: щёлочь вытесняет из неё амин, а кислотный остаток переводит в натриевую соль. Раз в одном из продуктов семь атомов углерода, а всего их восемь, кислотный остаток одноуглеродный — формиат \(HCOO^{-}\), а на катион остаётся \(C_{7}H_{14}N^{+}\). Семь атомов углерода без кратных связей и ровно с одним третичным атомом углерода дают цикл: третичный атом — это атом кольца, несущий боковую группу \(-CH_{2}-NH_{3}^{+}\). Вещество А — формиат циклогексилметиламмония: Здесь \(\text{цикло-}C_{6}H_{11}-\) — шестичленный цикл \(-CH(CH_{2})_{5}-\), замкнутый сам на себя; все остальные атомы углерода в нём вторичные, так что условие про единственный третичный атом выполняется. 3) Реакция с раствором гидроксида натрия при нагревании. Щёлочь связывает катион аммония в свободный амин, а формиат-ион — в формиат натрия: Оба органических продукта налицо: (циклогексилметил)амин с семью атомами углерода и формиат натрия.