Вещество А (CxHyOzKm) содержит 33,0% кислорода по массе, мольные доли кислорода, углерода и водорода в его составе одинаковы. Известно, что 9,7 г вещества А можно получить при взаимодействии кислородсодержащего органического вещества Б с раствором, содержащим 5,6 г гидроксида калия, причём эти вещества взаимодействуют в молярном соотношении 1:2. 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) Из массы щёлочи находим количество вещества, а из соотношения 1 : 2 — количество вещества А: Общая формула вещества А — \(C_хH_yO_zK_m\) \(n(KOH) = \dfrac{5{,}6\ г}{56\ г/моль} = 0{,}1\ моль\) \(n(А) = \dfrac{1}{2}\,n(KOH) = 0{,}05\ моль\) \(M(А) = \dfrac{9{,}7\ г}{0{,}05\ моль} = 194\ г/моль\) Через массовую долю кислорода определяем число его атомов: \(z = \dfrac{194\ г/моль \cdot 0{,}33}{16\ г/моль} = 4\) Мольные доли элементов — это доли числа атомов, поэтому равенство мольных долей кислорода, углерода и водорода означает равенство их индексов: \(x = y = z = 4\). Оставшуюся массу относим на калий: \(m = \dfrac{194 - 12 \cdot 4 - 1 \cdot 4 - 16 \cdot 4}{39} = 2\) Молекулярная формула вещества А: \(C_{4}H_{4}O_{4}K_{2}\). 2) Вещество А получено действием избытка щёлочи на кислородсодержащее органическое вещество Б в соотношении 1 : 2, значит Б — двухосновная кислота, а А — её средняя калиевая соль. На две группы \(COOK\) приходится остаток \(C_{2}H_{4}\), то есть А — сукцинат (янтарнокислый) калия: \(K-O-C(=O)-CH_{2}-CH_{2}-C(=O)-O-K\) 3) Вещество Б — янтарная кислота, уравнение её нейтрализации: \(HO-C(=O)-CH_{2}-CH_{2}-C(=O)-OH + 2KOH \rightarrow K-O-C(=O)-CH_{2}-CH_{2}-C(=O)-O-K + 2H_{2}O\)

Железную пластинку полностью растворили в 500 г раствора азотной кислоты. При этом выделилась смесь оксида азота(II) и оксида азота(IV), в которой число молекул составляет 5,418·10^23. В полученной смеси оксидов азота соотношение числа атомов кислорода к числу атомов азота равно 5:3. Вычислите массовую долю соли в полученном растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

Записаны уравнения реакций: 1) Fe + 4HNO3 = Fe(NO3)3 + NO(вверх) + 2H2O 2) Fe + 6HNO3 = Fe(NO3)3 + 3NO2(вверх) + 3H2O n(смеси газов) = 5,418*10^23 / 6,02*10^23 = 0,9 моль Пусть n(NO2) = x моль, тогда n(NO) = (0,9 - x) моль n(атомов N в смеси) = 0,9 моль n(атомов O в смеси) = 2x + (0,9 - x) = (x + 0,9) моль (x + 0,9) / 0,9 = 5/3 n(NO2) = x = 0,6 моль n(NO) = 0,3 моль m(NO2) = 0,6 * 46 = 27,6 г m(NO) = 0,3 * 30 = 9 г n(Fe[1]) = n(NO) = 0,3 моль n(Fe[2]) = 1/3 n(NO2) = 0,2 моль n(Fe) = n(Fe[1]) + n(Fe[2]) = 0,5 моль m(Fe) = 0,5 * 56 = 28 г n(Fe(NO3)3) = n(Fe) = 0,5 моль m(Fe(NO3)3) = 0,5 * 242 = 121 г m(р-ра) = 28 + 500 - 27,6 - 9 = 491,4 г ω(Fe(NO3)3) = 121 / 491,4 = 0,246, или 24,6 % Подробный разбор Оба оксида получаются восстановлением азотной кислоты железом, причём железо в обоих случаях переходит в нитрат железа(III): \(Fe + 4HNO_{3} = Fe(NO_{3})_{3} + NO\uparrow + 2H_{2}O\) \(Fe + 6HNO_{3} = Fe(NO_{3})_{3} + 3NO_{2}\uparrow + 3H_{2}O\) Общее количество газов найдём из числа молекул: \(n(\text{смеси}) = \dfrac{5{,}418 \cdot 10^{23}}{6{,}02 \cdot 10^{23}\ \text{моль}^{-1}} = 0{,}9\ \text{моль}\). Пусть \(n(NO_{2}) = x\) моль, тогда \(n(NO) = (0{,}9 - x)\) моль. В каждой молекуле по одному атому азота, поэтому атомов азота всегда \(0{,}9\) моль; атомов кислорода — \(2x + (0{,}9 - x) = (x + 0{,}9)\) моль. По условию отношение равно 5 : 3: \(\dfrac{x + 0{,}9}{0{,}9} = \dfrac{5}{3}\), откуда \(x = n(NO_{2}) = 0{,}6\) моль и \(n(NO) = 0{,}3\) моль. Массы улетевших газов: \(m(NO_{2}) = 0{,}6\ \text{моль} \cdot 46\ \text{г/моль} = 27{,}6\ \text{г}\), \(m(NO) = 0{,}3\ \text{моль} \cdot 30\ \text{г/моль} = 9\ \text{г}\). Железо расходовалось по двум уравнениям сразу. По уравнению (1) \(n(Fe) = n(NO) = 0{,}3\) моль (соотношение 1 : 1), по уравнению (2) \(n(Fe) = \tfrac{1}{3}\,n(NO_{2}) = \tfrac{1}{3} \cdot 0{,}6 = 0{,}2\) моль (соотношение 1 : 3). Всего \(n(Fe) = 0{,}3 + 0{,}2 = 0{,}5\) моль, значит \(m(Fe) = 0{,}5\ \text{моль} \cdot 56\ \text{г/моль} = 28\ \text{г}\). Соль в обоих уравнениях одна и та же и образуется в отношении 1 : 1 к железу, поэтому \(n(Fe(NO_{3})_{3}) = 0{,}5\) моль и \(m(Fe(NO_{3})_{3}) = 0{,}5\ \text{моль} \cdot 242\ \text{г/моль} = 121\ \text{г}\). Масса раствора равна массе кислоты и растворённой пластинки минус масса ушедших газов: \(m(\text{р-ра}) = 28\ \text{г} + 500\ \text{г} - 27{,}6\ \text{г} - 9\ \text{г} = 491{,}4\ \text{г}\). \(\omega(Fe(NO_{3})_{3}) = \dfrac{121\ \text{г}}{491{,}4\ \text{г}} \cdot 100\% = 24{,}6\%\) Ответ: \(\omega(Fe(NO_{3})_{3}) = 24{,}6\%\).

Определите два элемента, которым соответствуют ионы, имеющие столько же s-электронов, сколько и атом неона. Запишите номера выбранных элементов. 1) F 2) Mg 3) Br 4) Zn 5) H

Сначала посчитаем то, с чем сравниваем. Электронная конфигурация атома неона — \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}\); на s-подуровнях у него \(2 + 2 = 4\) электрона. Значит, нужно найти ионы, у которых суммарное число s-электронов тоже равно 4. Обратите внимание: считать надо электроны именно у иона, то есть у частицы, которая образуется после отдачи или присоединения электронов, и суммировать s-электроны по всем энергетическим уровням, а не только по внешнему. Фтор — неметалл, он принимает один электрон: \(F^{-}\) имеет конфигурацию \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}\), то есть 4 s-электрона. Магний — металл главной группы, отдаёт два электрона: \(Mg^{2+}\) тоже имеет конфигурацию \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}\) и 4 s-электрона. Оба иона изоэлектронны неону, поэтому подходят элементы 1 и 2. Остальные элементы не подходят. Бром принимает один электрон, и у \(Br^{-}\) конфигурация \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{10}4s^{2}4p^{6}\) — s-электронов уже \(2+2+2+2 = 8\). Цинк отдаёт два 4s-электрона, и у \(Zn^{2+}\) остаётся \(1s^{2}2s^{2}2p^{6}3s^{2}3p^{6}3d^{10}\), то есть \(2+2+2 = 6\) s-электронов. Водород даёт либо \(H^{+}\), у которого электронов нет вовсе, либо \(H^{-}\) с конфигурацией \(1s^{2}\) — всего 2 s-электрона; ни то, ни другое не равно 4. Ответ: 12.

Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-неметалла. Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения окислительной способности образуемых ими простых веществ. Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности. 1) F 2) Mg 3) Br 4) Zn 5) H.

Металлы в этом ряду — магний \(Mg\) и цинк \(Zn\), поэтому в ответ они не идут. Элементы-неметаллы здесь: фтор \(F\) (1), бром \(Br\) (3) и водород \(H\) (5). Простые вещества этих элементов — \(F_{2}\), \(Br_{2}\) и \(H_{2}\). Окислительная способность простого вещества тем выше, чем легче его атомы принимают электроны, то есть чем сильнее выражены неметаллические свойства элемента. Фтор и бром — галогены (VIIA-группа). В группе сверху вниз радиус атома растёт, притяжение внешних электронов к ядру ослабевает, поэтому окислительные свойства убывают: фтор — самый сильный окислитель среди всех простых веществ, а бром заметно уступает ему. Это подтверждает и реакция вытеснения: \(F_{2} + 2NaBr = 2NaF + Br_{2}\), где фтор выступает окислителем по отношению к брому. Водород расположен в IA-группе, его электроотрицательность мала, и в реакциях с неметаллами он отдаёт электроны, то есть ведёт себя как восстановитель: \(H_{2} + Br_{2} = 2HBr\). Значит, окислительная способность \(H_{2}\) наименьшая из трёх. Выстраиваем элементы в порядке уменьшения окислительной способности простых веществ: \(F_{2} > Br_{2} > H_{2}\), то есть 1, 3, 5. Ответ: 135.

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, у которых разность между значениями их высшей и низшей степеней окисления не равна 2. Запишите номера выбранных элементов. 1) F 2) Mg 3) Br 4) Zn 5) H.

Начните с того, что высшая степень окисления элемента обычно совпадает с номером группы, а низшая для неметаллов равна «номер группы минус 8»; для металлов низшей степенью окисления считают 0, так как отрицательных степеней окисления они не проявляют. Отдельно держите в голове фтор — самый электроотрицательный элемент, он не может отдавать электроны, поэтому положительных степеней окисления у него нет. Разберём ряд по элементам. У фтора низшая степень окисления \(-1\) (например, в \(HF\)), а высшая равна \(0\) — только в простом веществе \(F_{2}\); разность составляет \(0-(-1)=1\). У магния как у металла главной подгруппы II группы высшая степень окисления \(+2\) (в \(MgO\)), низшая \(0\) в простом веществе, разность равна \(2\). Цинк тоже проявляет только \(+2\) (в \(ZnCl_{2}\)) и \(0\), разность равна \(2\). Водород даёт \(+1\) в кислотах и воде и \(-1\) в гидридах металлов, например в \(NaH\), поэтому разность \(+1-(-1)=2\). У брома, галогена VII группы, высшая степень окисления \(+7\) (в \(HBrO_{4}\)), низшая \(-1\) (в \(HBr\)), и разность \(+7-(-1)=8\). Условию «разность не равна 2» отвечают только фтор с разностью \(1\) и бром с разностью \(8\). Ответ: 13