Фосфат кальция прокалили с углём в присутствии речного песка. Образовавшееся простое вещество прореагировало с избытком хлора. Полученный продукт внесли в избыток раствора гидроксида калия. На образовавшийся раствор подействовали известковой водой. Запишите уравнения четырёх описанных реакций.

1) Ca3(PO4)2 + 5C + 3SiO2 -(t)-> 2P + 5CO(вверх) + 3CaSiO3 2) 2P + 5Cl2 = 2PCl5 3) PCl5 + 8KOH = K3PO4 + 5KCl + 4H2O 4) 2K3PO4 + 3Ca(OH)2 = Ca3(PO4)2(вниз) + 6KOH Подробный разбор Фосфат кальция при прокаливании с углём и песком (\(SiO_{2}\)) даёт свободный фосфор — это промышленный способ его получения: \(Ca_{3}(PO_{4})_{2} + 5C + 3SiO_{2} \overset{t}{\rightarrow} 2P + 5CO\uparrow + 3CaSiO_{3}\) С избытком хлора фосфор окисляется до высшей степени окисления \(+5\), поэтому образуется именно \(PCl_{5}\), а не \(PCl_{3}\): \(2P + 5Cl_{2} = 2PCl_{5}\) В избытке щёлочи \(PCl_{5}\) полностью гидролизуется, и оба кислотных остатка переходят в соли калия — фосфат и хлорид: \(PCl_{5} + 8KOH = K_{3}PO_{4} + 5KCl + 4H_{2}O\) Известковая вода — это раствор \(Ca(OH)_{2}\); с фосфатом калия она даёт нерастворимый фосфат кальция: \(2K_{3}PO_{4} + 3Ca(OH)_{2} = Ca_{3}(PO_{4})_{2}\downarrow + 6KOH\) Обрати внимание: цепочка замкнулась — исходный \(Ca_{3}(PO_{4})_{2}\) снова выпал в осадок на последней стадии.

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

Ключ к цепочке — вещество \(X_{1}\): из него по двум разным условиям (щёлочь в воде и щёлочь в спирте) получаются разные продукты. Это возможно для дигалогеналкана, а так как конечная ветвь ведёт к диоксану (шестичленный цикл из двух остатков \(-CH_{2}-CH_{2}-\) и двух атомов кислорода), брать нужно двухатомный спирт с соседними группами \(OH\). \(X_{1}\) — 1,2-дихлорэтан \(ClCH_{2}-CH_{2}Cl\) \(X_{2}\) — этиленгликоль \(HOCH_{2}-CH_{2}OH\) \(X_{3}\) — ацетилен \(HC\equiv CH\), \(X_{4}\) — уксусный альдегид \(CH_{3}-CHO\) \(ClCH_{2}-CH_{2}Cl + 2KOH \overset{H_{2}O}{\rightarrow} HOCH_{2}-CH_{2}OH + 2KCl\) \(2\,HOCH_{2}-CH_{2}OH \overset{H_{2}SO_{4},\,t}{\rightarrow} C_{4}H_{8}O_{2}\;(1{,}4\text{-диоксан}) + 2H_{2}O\) \(ClCH_{2}-CH_{2}Cl + 2KOH \overset{C_{2}H_{5}OH}{\rightarrow} HC\equiv CH + 2KCl + 2H_{2}O\) \(HC\equiv CH + H_{2}O \overset{Hg^{2+}}{\rightarrow} CH_{3}-CHO\) \(CH_{3}-CHO + 2KMnO_{4} + 3KOH \rightarrow CH_{3}-COOK + 2K_{2}MnO_{4} + 2H_{2}O\) Обрати внимание на детали, за которые чаще всего теряют баллы: Спиртовой раствор щёлочи даёт двойное отщепление \(HCl\), поэтому из дихлорэтана получается именно алкин, а не спирт — это и разводит две ветви цепочки. Диоксан образуется при межмолекулярной дегидратации двух молекул гликоля, поэтому перед формулой спирта обязателен коэффициент 2. Реакция Кучерова идёт через неустойчивый виниловый спирт, но в ответе записывают сразу альдегид. Окисление в щелочной среде даёт соль, а не кислоту; при избытке окислителя вместо \(K_{2}MnO_{4}\) допустим \(MnO_{2}\downarrow\).

При сгорании 11,04 г органического вещества А образуется 5,376 л (н.у.) углекислого газа, 5,04 г воды, 0,896 л (н.у.) азота и 1,792 л (н.у.) бромоводорода. Известно, что вещество А имеет в своём составе только вторичные атомы углерода, а его функциональные группы расположены в 1,4-положении по отношению друг к другу. Вещество А может быть получено при взаимодействии вещества Б с избытком бромоводорода. На основании данных условия задачи: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу вещества А; 2) составьте структурную формулу вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его формульной единице; 3) напишите уравнение реакции получения вещества А из вещества Б при его взаимодействии с избытком бромоводорода (используйте структурные формулы органических веществ).

1) Молекулярная формула вещества А. \(n(CO_{2}) = 5,376 : 22,4 = 0,24\) моль \(\rightarrow n(C) = 0,24\) моль \(n(H_{2}O) = 5,04 : 18 = 0,28\) моль \(\rightarrow n(H) = 0,28 \cdot 2 = 0,56\) моль \(n(HBr) = 1,792 : 22,4 = 0,08\) моль \(\rightarrow n(Br) = 0,08\) моль и ещё \(n(H) = 0,08\) моль \(n(N_{2}) = 0,896 : 22,4 = 0,04\) моль \(\rightarrow n(N) = 0,04 \cdot 2 = 0,08\) моль Водород распределился между водой и бромоводородом, поэтому его берём суммарно: \(n(H) = 0,56 + 0,08 = 0,64\) моль. Проверяем, есть ли кислород: \(m(C) + m(H) + m(Br) + m(N) = 0,24 \cdot 12 + 0,64 \cdot 1 + 0,08 \cdot 80 + 0,08 \cdot 14 = 11,04\) г. Масса совпала с массой навески, значит кислорода в веществе А нет. \(n(C) : n(H) : n(Br) : n(N) = 0,24 : 0,64 : 0,08 : 0,08 = 3 : 8 : 1 : 1\) Простейшая формула \(C_{3}H_{8}BrN\) не годится: три атома углерода не могут быть все вторичными. Удваиваем — \(C_{6}H_{16}Br_{2}N_{2}\). Молекулярная формула А — \(C_{6}H_{16}Br_{2}N_{2}\). 2) Структурная формула вещества А. Каждый атом углерода связан ровно с двумя другими атомами углерода — такое возможно только в цикле, значит шесть атомов углерода образуют циклогексановое кольцо. Два атома азота и два атома брома при избытке водорода дают две солевые группы \(-NH_{3}Br\), а по условию они стоят в положениях 1 и 4: \(BrH_{3}N-C_{6}H_{10}-NH_{3}Br\) — дигидробромид циклогексан-1,4-диамина 3) Соль аммонийного типа получается из соответствующего амина, поэтому Б — циклогексан-1,4-диамин; избыток кислоты связывает обе аминогруппы:

Смесь меди и оксида меди(II), в которой масса протонов в ядрах всех атомов составляет 46% от общей массы смеси, разделили на две равные части. К первой части добавили избыток разбавленного раствора серной кислоты. При этом образовалось 528 г раствора с массовой долей соли 10%. Ко второй части добавили 700 г разбавленного раствора азотной кислоты, взятого в избытке. Вычислите массовую долю нитрата меди(II) в образовавшемся растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

Записаны уравнения реакций: CuO + H2SO4 = CuSO4 + H2O CuO + 2HNO3 = Cu(NO3)2 + H2O 3Cu + 8HNO3 = 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O Рассчитаны количества вещества и массы продуктов реакций и реагентов: m(CuSO4) = 528 * 0,1 = 52,8 г n(CuSO4) = 52,8 / 160 = 0,33 моль n(CuO) = n(Cu(NO3)2 из CuO) = 0,33 моль m(CuO) = 0,33 * 80 = 26,4 г 1 моль CuO содержит 37 моль протонов. 1 моль Cu содержит 29 моль протонов. Пусть в смеси было x моль Cu, тогда (29x + 0,33*37) : (64x + 26,4) = 0,46 x = n(Cu) = 0,15 моль m(Cu) = 0,15 * 64 = 9,6 г n(Cu(NO3)2) = n(CuO) + n(Cu) = 0,48 моль m(Cu(NO3)2) = 188 * 0,48 = 90,24 г n(NO) = 2/3 n(Cu) = 0,1 моль m(NO) = 0,1 * 30 = 3 г m(р-ра) = 700 + 26,4 + 9,6 - 3 = 733 г w(Cu(NO3)2) = 90,24 : 733 * 100 = 12,31 % Подробный разбор В первой части медь с разбавленной серной кислотой не реагирует, поэтому соль в растворе даёт только оксид: \(CuO + H_{2}SO_{4} = CuSO_{4} + H_{2}O\) \(CuO + 2HNO_{3} = Cu(NO_{3})_{2} + H_{2}O\) \(3Cu + 8HNO_{3} = 3Cu(NO_{3})_{2} + 2NO\uparrow + 4H_{2}O\) Масса и количество сульфата меди(II) в растворе первой части: \(m(CuSO_{4}) = 528\ г \cdot 0{,}1 = 52{,}8\ г\), \(n(CuSO_{4}) = 52{,}8\ г : 160\ г/моль = 0{,}33\ моль\). По уравнению (1) \(n(CuO) = n(CuSO_{4}) = 0{,}33\ моль\), тогда \(m(CuO) = 0{,}33\ моль \cdot 80\ г/моль = 26{,}4\ г\) — это состав одной части, то есть и второй тоже. Теперь находим медь через долю протонов. В формульной единице \(CuO\) протонов \(29 + 8 = 37\), в атоме \(Cu\) — \(29\). Пусть \(n(Cu) = x\ моль\) в одной части, тогда \(\dfrac{29x + 0{,}33 \cdot 37}{64x + 26{,}4} = 0{,}46\), откуда \(x = n(Cu) = 0{,}15\ моль\), \(m(Cu) = 0{,}15\ моль \cdot 64\ г/моль = 9{,}6\ г\). Во второй части нитрат меди(II) даёт и оксид (уравнение 2, соотношение \(1 : 1\)), и металл (уравнение 3, соотношение \(3 : 3\)): \(n(Cu(NO_{3})_{2}) = 0{,}33\ моль + 0{,}15\ моль = 0{,}48\ моль\), \(m(Cu(NO_{3})_{2}) = 0{,}48\ моль \cdot 188\ г/моль = 90{,}24\ г\). Из раствора уходит только газ \(NO\); по уравнению (3) \(n(NO) = \frac{2}{3}n(Cu) = \frac{2}{3} \cdot 0{,}15\ моль = 0{,}1\ моль\), \(m(NO) = 0{,}1\ моль \cdot 30\ г/моль = 3\ г\). \(m(р{-}ра) = 700\ г + 26{,}4\ г + 9{,}6\ г - 3\ г = 733\ г\). \(\omega(Cu(NO_{3})_{2}) = \dfrac{90{,}24\ г}{733\ г} \cdot 100\% = 12{,}31\%\). Ответ: \(\omega(Cu(NO_{3})_{2}) = 12{,}31\%\).

Определите, атомы каких из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют одинаковое число неспаренных электронов. Запишите номера выбранных элементов. 1) Cs 2) C 3) O 4) Cr 5) N

Число неспаренных электронов определяется по электронной конфигурации атома в основном состоянии: заполняем орбитали по правилу Хунда и смотрим, сколько электронов остались по одному на орбитали. Цезий \(Cs\) — элемент IA-группы, его конфигурация \(...5s^{2}5p^{6}6s^{1}\). На внешнем \(6s\)-подуровне один электрон, значит неспаренный электрон только один. Углерод \(C\) — конфигурация \(1s^{2}2s^{2}2p^{2}\). Два \(p\)-электрона по правилу Хунда занимают разные орбитали с параллельными спинами, поэтому неспаренных электронов два. Кислород \(O\) — конфигурация \(1s^{2}2s^{2}2p^{4}\). Четыре электрона на трёх \(p\)-орбиталях распределяются так: одна орбиталь заполнена парой, на двух других — по одному электрону. Неспаренных электронов тоже два. Хром \(Cr\) — конфигурация \(...3d^{5}4s^{1}\) (провал электрона с \(4s\) на \(3d\)). Пять \(d\)-электронов занимают пять орбиталей по одному, плюс один \(s\)-электрон, итого шесть неспаренных электронов. Азот \(N\) — конфигурация \(1s^{2}2s^{2}2p^{3}\). Три \(p\)-электрона располагаются по одному на каждой из трёх орбиталей, значит неспаренных электронов три. Сравнивая полученные значения (\(Cs\) — 1, \(C\) — 2, \(O\) — 2, \(Cr\) — 6, \(N\) — 3), видим, что одинаковое число неспаренных электронов — по два — имеют только углерод и кислород. Ответ: 23