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

Цепочка распознаётся с конца: последнее превращение — окисление перманганатом до бутандиовой (янтарной) кислоты, значит \(X_{3}\) — бутандиол-1,4, который получают гидролизом 1,4-дибромбутана. А чтобы бром встал именно в положения 1 и 4, из бутана сначала получают бутадиен-1,3: 1 моль брома присоединяется к сопряжённому диену преимущественно в положения 1,4. Уравнения реакций: \(CH_{3}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{3} \overset{кат.,\ t}{\rightarrow} CH_{2}=CH-CH=CH_{2} + 2H_{2}\uparrow\) \(CH_{2}=CH-CH=CH_{2} + Br_{2} \overset{40^{\circ}C}{\rightarrow} BrCH_{2}-CH=CH-CH_{2}Br\) \(BrCH_{2}-CH=CH-CH_{2}Br + H_{2} \overset{Ni,\ t}{\rightarrow} BrCH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}Br\) \(BrCH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}Br + 2KOH \overset{H_{2}O}{\rightarrow} HOCH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}OH + 2KBr\) \(5HOCH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}OH + 8KMnO_{4} + 12H_{2}SO_{4} \overset{t}{\rightarrow} 5HOOC-CH_{2}-CH_{2}-COOH + 8MnSO_{4} + 4K_{2}SO_{4} + 22H_{2}O\) Промежуточные вещества: \(X_{1}\) — бутадиен-1,3 \(CH_{2}=CH-CH=CH_{2}\) \(X_{2}\) — 1,4-дибромбутен-2 \(BrCH_{2}-CH=CH-CH_{2}Br\) \(X_{3}\) — бутандиол-1,4 \(HOCH_{2}-CH_{2}-CH_{2}-CH_{2}OH\) Обрати внимание на два места, где легко потерять баллы: в реакции 2 при 40 °C идёт именно 1,4-присоединение (при низкой температуре преобладал бы 1,2-продукт), а в реакции 5 кислым перманганатом первичные спиртовые группы окисляются сразу до карбоксильных, поэтому в правой части — двухосновная кислота, а не альдегид.

При сгорании 3,6 г органического вещества А получили 896 мл углекислого газа (н. у.), 2,76 г карбоната калия и 0,36 г воды. Вещество А можно получить окислением карбонильного соединения Б. 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 молекуле; 3) напишите уравнение реакции получения вещества А из вещества Б (используйте структурные формулы органических веществ).

1) Вычисления и молекулярная формула При сгорании часть углерода ушла в \(CO_{2}\), а часть связалась калием в карбонат — значит, в веществе А есть калий, и углерод надо считать по обоим продуктам. \(n(CO_{2}) = 0{,}896 : 22{,}4 = 0{,}04\) моль \(n(K_{2}CO_{3}) = 2{,}76 : 138 = 0{,}02\) моль, отсюда \(n(K) = 0{,}04\) моль и \(n(C) = 0{,}02\) моль \(n(C)_{общ} = 0{,}04 + 0{,}02 = 0{,}06\) моль \(n(H_{2}O) = 0{,}36 : 18 = 0{,}02\) моль, \(n(H) = 0{,}04\) моль Кислород находим по разности масс: \(m(O) = 3{,}6 - 0{,}06 \cdot 12 - 0{,}04 \cdot 39 - 0{,}04 \cdot 1 = 1{,}28\) г, \(n(O) = 1{,}28 : 16 = 0{,}08\) моль \(n(C) : n(H) : n(O) : n(K) = 0{,}06 : 0{,}04 : 0{,}08 : 0{,}04 = 3 : 2 : 4 : 2\) Молекулярная формула вещества А — \(C_{3}H_{2}O_{4}K_{2}\) (\(M = 180\) г/моль, что согласуется с \(n(A) = 3{,}6 : 180 = 0{,}02\) моль). 2) Структурная формула вещества А Четыре атома кислорода и два атома калия на три атома углерода — это две калиевые солевые группы \(-COOK\) у крайних атомов углерода, а два оставшихся водорода принадлежат среднему звену \(-CH_{2}-\): \(KOOC-CH_{2}-COOK\) — малонат калия. 3) Получение А из Б Соль двухосновной кислоты получается окислением диальдегида с тем же скелетом — вещество Б это малоновый диальдегид. В щелочной среде перманганат калия переводит обе альдегидные группы в карбоксилатные, а сам восстанавливается до манганата: \(HOOC-CH_{2}-COOH + 4KMnO_{4} + 6KOH \rightarrow KOOC-CH_{2}-COOK + 4K_{2}MnO_{4} + 4H_{2}O\)

В раствор сульфата железа(III) поместили порошок меди и выдержали некоторое время. После завершения реакции остаток порошка отфильтровали и в раствор поместили железную пластинку. Когда пластинку вынули из раствора, оказалось, что её масса увеличилась на 0,16 г, а масса образовавшегося раствора составила 52,4 г. При добавлении к этому раствору избытка раствора гидроксида натрия образовался осадок, содержащий два вещества, общая масса которых 10,96 г. Рассчитайте массовую долю сульфата железа(III) в исходном растворе.

Уравнения реакций: [1] Fe2(SO4)3 + Cu = CuSO4 + 2FeSO4 [2] CuSO4 + Fe = FeSO4 + Cu [3] CuSO4 + 2NaOH = Cu(OH)2↓ + Na2SO4 [4] FeSO4 + 2NaOH = Fe(OH)2↓ + Na2SO4 По изменению массы железной пластинки (реакция 2): n(Cu) = n(CuSO4[2]) = n(Fe) = n(FeSO4[2]) = 0,16/(64−56) = 0,02 моль. Пусть x моль — Fe2(SO4)3 в исходном растворе, тогда n(Cu(OH)2) = n(CuSO4[3]) = x−0,02; n(Fe(OH)2) = n(FeSO4[4]) = 2x+0,02. m(Cu(OH)2) = (x−0,02)·98; m(Fe(OH)2) = (2x+0,02)·90. (x−0,02)·98 + (2x+0,02)·90 = 10,96 → x = 0,04 моль. m(Fe2(SO4)3) = 0,04·400 = 16 г; m(р-ра) = 52,4 + 0,16 − 64·0,04 = 50 г; ω(Fe2(SO4)3) = 16/50·100 = 32%. Подробный разбор Медь восстанавливает железо(III) до железа(II) и сама переходит в раствор; после фильтрования в растворе есть \(CuSO_{4}\) и \(FeSO_{4}\), и уже медь вытесняется железной пластинкой: \(Fe_{2}(SO_{4})_{3} + Cu = CuSO_{4} + 2FeSO_{4}\) \(CuSO_{4} + Fe = FeSO_{4} + Cu\) \(CuSO_{4} + 2NaOH = Cu(OH)_{2}\downarrow + Na_{2}SO_{4}\) \(FeSO_{4} + 2NaOH = Fe(OH)_{2}\downarrow + Na_{2}SO_{4}\) Осадок из двух веществ означает, что после пластинки сульфат меди(II) остался, то есть в реакцию 2 он вступил не полностью — прореагировало столько, сколько показывает привес пластинки. По уравнению 2 на 1 моль растворившегося железа осаждается 1 моль меди, поэтому каждый моль превращения утяжеляет пластинку на \(64 - 56 = 8\) г/моль: \(n(Cu) = n(Fe) = n(CuSO_{4}\text{ по }2) = n(FeSO_{4}\text{ по }2) = 0{,}16 \text{ г} : 8 \text{ г/моль} = 0{,}02\) моль. Пусть в исходном растворе было \(x\) моль \(Fe_{2}(SO_{4})_{3}\). Тогда по уравнению 1 образовалось \(x\) моль \(CuSO_{4}\) и \(2x\) моль \(FeSO_{4}\). После пластинки в растворе осталось \(CuSO_{4}\): \((x - 0{,}02)\) моль, а \(FeSO_{4}\) стало \((2x + 0{,}02)\) моль. По уравнениям 3 и 4 столько же моль каждого гидроксида: \((x - 0{,}02) \cdot 98 \text{ г/моль} + (2x + 0{,}02) \cdot 90 \text{ г/моль} = 10{,}96 \text{ г}\) \(278x = 11{,}12\); \(x = 0{,}04\) моль. \(m(Fe_{2}(SO_{4})_{3}) = 0{,}04 \text{ моль} \cdot 400 \text{ г/моль} = 16\) г. Массу исходного раствора получаем из конечной: по уравнению 1 в раствор вошло \(m(Cu) = 0{,}04 \text{ моль} \cdot 64 \text{ г/моль} = 2{,}56\) г меди (столько же моль меди, сколько соли железа(III)), а на пластинке раствор потерял 0,16 г: \(m(\text{исх. р-ра}) = 52{,}4 \text{ г} + 0{,}16 \text{ г} - 2{,}56 \text{ г} = 50\) г. \(\omega(Fe_{2}(SO_{4})_{3}) = \dfrac{16 \text{ г}}{50 \text{ г}} \cdot 100\% = 32\%\) Ответ: 32 %.

Определите, у атомов каких из указанных в ряду элементов валентные электроны находятся как на s-, так и на d-подуровнях. Запишите номера выбранных элементов. 1) C 2) Fe 3) Sn 4) Pb 5) Cr

Валентные электроны — это электроны, которые атом может использовать при образовании связей. У элементов главных подгрупп это электроны внешнего слоя (\(ns\) и \(np\)), а у переходных элементов (побочные подгруппы, d-элементы) — электроны внешнего \(ns\)-подуровня и предвнешнего \((n-1)d\)-подуровня. Значит, нужно выбрать из ряда именно d-элементы. Железо \(Fe\) — элемент побочной подгруппы, его электронная конфигурация оканчивается на \(3d^{6}4s^{2}\): валентные электроны расположены и на s-, и на d-подуровне. Хром \(Cr\) — тоже d-элемент, у него происходит «провал» электрона, и конфигурация внешних уровней имеет вид \(3d^{5}4s^{1}\), то есть валентные электроны также лежат на s- и d-подуровнях. Эти два элемента и дают ответ. Углерод \(C\) не подходит: его конфигурация \(1s^{2}2s^{2}2p^{2}\), валентные электроны находятся на s- и p-подуровнях, а d-подуровня во втором энергетическом уровне вообще нет. Олово \(Sn\) \((...4d^{10}5s^{2}5p^{2})\) и свинец \(Pb\) \((...5d^{10}6s^{2}6p^{2})\) — элементы главной подгруппы IV группы; хотя d-подуровни у них существуют, они полностью заполнены и относятся к внутренним, поэтому валентными являются только электроны внешнего слоя на s- и p-подуровнях. Ответ: 25.

Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента, которые в Периодической системе химических элементов Д.И. Менделеева находятся в одной группе. Расположите выбранные элементы в порядке ослабления кислотных свойств образуемых ими высших оксидов. Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности. 1) C 2) Fe 3) Sn 4) Pb 5) Cr.

В задании требуется найти элементы одной группы, поэтому сначала определим положение каждого из них в Периодической системе. Углерод \(C\), олово \(Sn\) и свинец \(Pb\) находятся в IV группе (главная подгруппа): на внешнем слое у их атомов по 4 электрона, а высшая степень окисления равна \(+4\). Железо \(Fe\) (VIII группа) и хром \(Cr\) (VI группа) относятся к побочным подгруппам, поэтому в ответ не входят. Значит, выбираем элементы под номерами 1, 3 и 4. Все три элемента расположены в одной главной подгруппе, причём в порядке \(C \rightarrow Sn \rightarrow Pb\) радиус атома растёт, а неметаллические свойства ослабевают и усиливаются металлические. Вместе с ними ослабевают и кислотные свойства высших оксидов. Это видно и по характеру самих оксидов: \(CO_{2}\) — типичный кислотный оксид, которому отвечает угольная кислота \(H_{2}CO_{3}\); \(SnO_{2}\) и \(PbO_{2}\) — амфотерные оксиды, причём у \(PbO_{2}\) основные свойства выражены сильнее, чем у \(SnO_{2}\). Следовательно, кислотные свойства убывают в ряду \(CO_{2} > SnO_{2} > PbO_{2}\). Записываем номера выбранных элементов в порядке ослабления кислотных свойств их высших оксидов: углерод, олово, свинец. Ответ: 134