Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: хромат натрия, сульфид натрия, серная кислота, гидрокарбонат магния, оксид марганца(IV), нитрит натрия. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня выберите вещество-окислитель и вещество-восстановитель, реакция между которыми в соответствующей среде протекает с образованием раствора трёх солей. 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.

\(2Na_{2}CrO_{4} + 3NaNO_{2} + 5H_{2}SO_{4} = Cr_{2}(SO_{4})_{3} + 3NaNO_{3} + 2Na_{2}SO_{4} + 5H_{2}O\) \(2\ |\ Cr^{+6} + 3e^{-} \rightarrow Cr^{+3}\) \(3\ |\ N^{+3} - 2e^{-} \rightarrow N^{+5}\) Окислитель — \(Na_{2}CrO_{4}\) (\(Cr^{+6}\)). Восстановитель — нитрит натрия \(NaNO_{2}\) (\(N^{+3}\)). Подробный разбор По условию нужны окислитель и восстановитель, дающие раствор трёх солей. Хромат натрия \(Na_{2}CrO_{4}\) содержит хром в высшей степени окисления \(+6\) — он может только понижать её, значит это окислитель. Нитрит натрия \(NaNO_{2}\) содержит азот в промежуточной степени окисления \(+3\) — рядом с сильным окислителем он повышает её до \(+5\), значит это восстановитель. Третье вещество из перечня, серная кислота, создаёт кислую среду: именно в ней хром \(+6\) переходит в катион \(Cr^{3+}\), и в растворе оказываются три соли — \(Cr_{2}(SO_{4})_{3}\), \(NaNO_{3}\) и \(Na_{2}SO_{4}\). Уравнение реакции: \(2Na_{2}CrO_{4} + 3NaNO_{2} + 5H_{2}SO_{4} = Cr_{2}(SO_{4})_{3} + 3NaNO_{3} + 2Na_{2}SO_{4} + 5H_{2}O\) Электронный баланс: \(2\ |\ Cr^{+6} + 3e^{-} \rightarrow Cr^{+3}\) \(3\ |\ N^{+3} - 2e^{-} \rightarrow N^{+5}\) Коэффициенты 2 и 3 получаются из наименьшего общего кратного числа электронов: \(6 = 2 \cdot 3 = 3 \cdot 2\). Окислитель — хромат натрия \(Na_{2}CrO_{4}\) (хром в степени окисления \(+6\)), он принимает электроны и восстанавливается. Восстановитель — нитрит натрия \(NaNO_{2}\) (азот в степени окисления \(+3\)), он отдаёт электроны и окисляется.

Для выполнения задания 30 используйте следующий перечень веществ: хромат натрия, сульфид натрия, серная кислота, гидрокарбонат магния, оксид марганца(IV), нитрит натрия. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми может протекать реакция ионного обмена. В ходе этой реакции выделяется газ без запаха. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения только одной возможной реакции.

\(Mg(HCO_{3})_{2} + H_{2}SO_{4} = MgSO_{4} + 2H_{2}O + 2CO_{2}\uparrow\) \(Mg^{2+} + 2HCO_{3}^{-} + 2H^{+} + SO_{4}^{2-} = Mg^{2+} + SO_{4}^{2-} + 2H_{2}O + 2CO_{2}\uparrow\) \(HCO_{3}^{-} + H^{+} = H_{2}O + CO_{2}\uparrow\) Подробный разбор Газ без запаха из этого перечня — \(CO_{2}\). Его даёт кислая соль угольной кислоты, если подействовать на неё более сильной кислотой, поэтому берём гидрокарбонат магния и серную кислоту. Выбор веществ: \(Mg(HCO_{3})_{2}\) и \(H_{2}SO_{4}\). Сульфид натрия с серной кислотой тоже выделяет газ, но это \(H_{2}S\) — с резким запахом, поэтому он не подходит. Молекулярное уравнение: \(Mg(HCO_{3})_{2} + H_{2}SO_{4} = MgSO_{4} + 2H_{2}O + 2CO_{2}\uparrow\) Полное ионное уравнение (обе соли и кислота растворимы и сильные — расписываем на ионы; вода и углекислый газ остаются в молекулярном виде): \(Mg^{2+} + 2HCO_{3}^{-} + 2H^{+} + SO_{4}^{2-} = Mg^{2+} + SO_{4}^{2-} + 2H_{2}O + 2CO_{2}\uparrow\) Сокращённое ионное уравнение (убираем \(Mg^{2+}\) и \(SO_{4}^{2-}\), сокращаем коэффициенты на 2): \(HCO_{3}^{-} + H^{+} = H_{2}O + CO_{2}\uparrow\) Суть реакции: ион \(H^{+}\) связывает гидрокарбонат-ион в неустойчивую угольную кислоту, которая сразу распадается на воду и углекислый газ — из-за ухода газа обмен идёт до конца.

Гидрокарбонат калия прокалили. К полученному раствору добавили раствор нитрата хрома(III), в результате образовался осадок. Осадок отделили и обработали при нагревании концентрированным раствором, содержащим пероксид водорода и гидроксид натрия. Полученный в результате раствор жёлтого цвета смешали с раствором хлорида бария, при этом образовался осадок. Напишите молекулярные уравнения четырёх описанных реакций.

1) 2KHCO3 = K2CO3 + H2O + CO2 (кипячение) 2) 3K2CO3 + 2Cr(NO3)3 + 3H2O = 6KNO3 + 2Cr(OH)3 + 3CO2 3) 2Cr(OH)3 + 3H2O2 + 4NaOH = 2Na2CrO4 + 8H2O 4) Na2CrO4 + BaCl2 = BaCrO4 + 2NaCl Подробный разбор Гидрокарбонаты при нагревании неустойчивы и разлагаются до карбоната — раствор становится щелочным за счёт \(K_{2}CO_{3}\): \(2KHCO_{3} \overset{t}{\rightarrow} K_{2}CO_{3} + H_{2}O + CO_{2}\uparrow\) \(3K_{2}CO_{3} + 2Cr(NO_{3})_{3} + 3H_{2}O = 6KNO_{3} + 2Cr(OH)_{3}\downarrow + 3CO_{2}\uparrow\) Соль \(Cr^{3+}\) со слабой кислотой даёт не карбонат хрома, а полный гидролиз: осадок \(Cr(OH)_{3}\) и выделение \(CO_{2}\). \(2Cr(OH)_{3} + 3H_{2}O_{2} + 4NaOH = 2Na_{2}CrO_{4} + 8H_{2}O\) Пероксид водорода в концентрированной щёлочи при нагревании окисляет \(Cr^{+3}\) до \(Cr^{+6}\); жёлтый цвет раствора — это хромат-ион \(CrO_{4}^{2-}\). \(Na_{2}CrO_{4} + BaCl_{2} = BaCrO_{4}\downarrow + 2NaCl\) Хромат бария нерастворим — выпадает жёлтый осадок. Ключевые моменты: прокаливание гидрокарбоната даёт карбонат, гидролиз вместо обменной реакции с \(Cr^{3+}\), окисление хрома до хромата в щелочной среде (а не до дихромата) и осаждение \(BaCrO_{4}\).

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

Порядок в схеме подсказывает, что искать нужно от центра: из \(X_{2}\) получают и \(X_{1}\), и толуол, значит \(X_{2}\) — бензол. Анилин получают восстановлением нитрогруппы, поэтому \(X_{1}\) — нитробензол. \(X_{1}\) — нитробензол \(C_{6}H_{5}NO_{2}\) \(X_{2}\) — бензол \(C_{6}H_{6}\) \(C_{6}H_{6} + HNO_{3} \overset{H_{2}SO_{4},\, t}{\rightarrow} C_{6}H_{5}NO_{2} + H_{2}O\) \(C_{6}H_{5}NO_{2} + 3H_{2} \overset{кат.}{\rightarrow} C_{6}H_{5}NH_{2} + 2H_{2}O\) \(C_{6}H_{6} + CH_{3}Cl \overset{кат.}{\rightarrow} C_{6}H_{5}-CH_{3} + HCl\) \(C_{6}H_{5}-CH_{3} + 2KMnO_{4} \overset{t}{\rightarrow} C_{6}H_{5}-COOK + 2MnO_{2}\downarrow + KOH + H_{2}O\) \(C_{6}H_{5}-COOK + C_{2}H_{5}Br \overset{t}{\rightarrow} C_{6}H_{5}-COOC_{2}H_{5} + KBr\) Обрати внимание на две вещи. В реакции 4 окисление идёт водным раствором \(KMnO_{4}\), поэтому среда получается щелочной (за счёт \(KOH\)) и продукт — соль \(X_{3} = C_{6}H_{5}COOK\), а не сама кислота; марганец восстанавливается до \(MnO_{2}\). В реакции 5 сложный эфир удобно собрать именно из соли и галогеналкана — алкилированием карбоксилат-иона; катализатор в виде серной кислоты здесь не нужен. Ещё запомни: в реакции 3 (алкилирование по Фриделю—Крафтсу) катализатором служит \(AlCl_{3}\), а в реакции 2 водородом на катализаторе восстанавливается только нитрогруппа — бензольное кольцо в этих условиях сохраняется.

Образец дипептида природного происхождения массой 26,4 г сожгли в кислороде. В результате чего получили 17,92 л (н.у.) углекислого газа, 14,4 г воды и 4,48 л (н.у.) азота. Данный дипептид в присутствии соляной кислоты подвергается гидролизу, в результате чего образуется только одна соль. На основании данных условия задачи: 1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу дипептида; 2) составьте структурную формулу дипептида, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 3) напишите уравнение реакции гидролиза дипептида в присутствии соляной кислоты (используйте структурные формулы органических веществ).

1) Молекулярная формула. Все продукты сгорания дают нам количества элементов: весь углерод ушёл в \(CO_{2}\), весь водород — в \(H_{2}O\), весь азот — в \(N_{2}\). \(n(CO_{2}) = 17{,}92 : 22{,}4 = 0{,}8\) моль \(\rightarrow\) \(n(C) = 0{,}8\) моль \(n(H_{2}O) = 14{,}4 : 18 = 0{,}8\) моль \(\rightarrow\) \(n(H) = 0{,}8 \cdot 2 = 1{,}6\) моль \(n(N_{2}) = 4{,}48 : 22{,}4 = 0{,}2\) моль \(\rightarrow\) \(n(N) = 0{,}2 \cdot 2 = 0{,}4\) моль Кислород в дипептиде напрямую не определить (он поступал и из воздуха), поэтому его находим по разности масс: \(m(C) + m(H) + m(N) = 0{,}8 \cdot 12 + 1{,}6 \cdot 1 + 0{,}4 \cdot 14 = 16{,}8\) г \(m(O) = 26{,}4 - 16{,}8 = 9{,}6\) г; \(n(O) = 9{,}6 : 16 = 0{,}6\) моль Соотношение количеств: \(n(C) : n(H) : n(N) : n(O) = 0{,}8 : 1{,}6 : 0{,}4 : 0{,}6 = 4 : 8 : 2 : 3\). Молекулярная формула — \(C_{4}H_{8}N_{2}O_{3}\). 2) Структурная формула. В молекуле дипептида есть пептидная связь \(-CO-NH-\), свободная группа \(-NH_{2}\) и свободная группа \(-COOH\). При гидролизе образуется только одна соль — значит, оба аминокислотных остатка одинаковы. На каждый остаток приходится \(C_{2}H_{5}NO_{2}\), то есть это глицин, а дипептид — глицилглицин: \(NH_{2}-CH_{2}-CO-NH-CH_{2}-COOH\) 3) Гидролиз в присутствии соляной кислоты. Вода разрывает пептидную связь, а избыток \(HCl\) связывает обе образующиеся аминогруппы в соль по атому азота: \(NH_{2}-CH_{2}-CO-NH-CH_{2}-COOH + H_{2}O + 2HCl \rightarrow 2Cl^{-+}[H_{3}N-CH_{2}-COOH]\)