При сгорании 2,03 г органического вещества А образуется 1,904 л (н.у.) углекислого газа, 0,9 г воды, 0,112 л (н.у.) азота и 0,69 г карбоната калия. Известно, что в веществе А азотсодержащая функциональная группа находится в альфа-положении по отношению к кислородсодержащей, а в ароматическом ядре замещён только один атом водорода. 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 взаимодействия вещества А с избытком соляной кислоты (используйте структурные формулы органических веществ).

Молекулярная формула вещества А: CxHyNzOpKk n(CO2) = 1,904/22,4 = 0,085 моль n(H2O) = 0,9/18 = 0,05 моль n(K2CO3) = 0,69/138 = 0,005 моль n(N2) = 0,112/22,4 = 0,005 моль n(C) = n(CO2) + n(K2CO3) = 0,085 + 0,005 = 0,09 моль; m(C) = 1,08 г n(H) = 2n(H2O) = 0,1 моль; m(H) = 0,1 г n(N) = 2n(N2) = 0,01 моль; m(N) = 0,14 г n(K) = 2n(K2CO3) = 0,01 моль; m(K) = 0,39 г m(O) = 2,03 - 1,08 - 0,1 - 0,14 - 0,39 = 0,32 г; n(O) = 0,32/16 = 0,02 моль x : y : z : p : k = 0,09 : 0,1 : 0,01 : 0,02 : 0,01 = 9 : 10 : 1 : 2 : 1 Молекулярная формула C9H10NO2K Структурная формула вещества А: C6H5-CH2-CH(NH2)-COOK (калиевая соль фенилаланина) Уравнение реакции: C6H5-CH2-CH(NH2)-COOK + 2HCl --> C6H5-CH2-CH(NH3(+)Cl(-))-COOH + KCl Подробный разбор Найдём количества продуктов сгорания: \(n(CO_{2}) = \frac{1,904\ \text{л}}{22,4\ \text{л/моль}} = 0,085\ \text{моль}\) \(n(H_{2}O) = \frac{0,9\ \text{г}}{18\ \text{г/моль}} = 0,05\ \text{моль}\) \(n(N_{2}) = \frac{0,112\ \text{л}}{22,4\ \text{л/моль}} = 0,005\ \text{моль}\) \(n(K_{2}CO_{3}) = \frac{0,69\ \text{г}}{138\ \text{г/моль}} = 0,005\ \text{моль}\) Калий остаётся в нелетучем карбонате, поэтому один атом углерода из вещества А ушёл не в \(CO_{2}\), а в \(K_{2}CO_{3}\) — его тоже надо учесть: \(n(C) = 0,085 + 0,005 = 0,09\ \text{моль}\), \(m(C) = 1,08\ \text{г}\) \(n(H) = 2 \cdot 0,05 = 0,1\ \text{моль}\), \(m(H) = 0,1\ \text{г}\) \(n(N) = 2 \cdot 0,005 = 0,01\ \text{моль}\), \(m(N) = 0,14\ \text{г}\) \(n(K) = 2 \cdot 0,005 = 0,01\ \text{моль}\), \(m(K) = 0,39\ \text{г}\) Кислород находим по разности масс: \(m(O) = 2,03 - 1,08 - 0,1 - 0,14 - 0,39 = 0,32\ \text{г}\), \(n(O) = \frac{0,32}{16} = 0,02\ \text{моль}\) \(x : y : z : p : k = 0,09 : 0,1 : 0,01 : 0,02 : 0,01 = 9 : 10 : 1 : 2 : 1\) Молекулярная формула вещества А: \(C_{9}H_{10}NO_{2}K\). Один атом калия и два атома кислорода дают группу \(-COOK\) — это соль карбоновой кислоты. Азот в \(\alpha\)-положении к ней — группа \(-NH_{2}\) у соседнего атома углерода, значит перед нами соль аминокислоты. На остаток \(C_{9}H_{10}NO_{2}K\) после \(-COOK\) и \(-CH(NH_{2})-\) приходится \(C_{7}H_{7}\): монозамещённое ароматическое ядро \(C_{6}H_{5}-\) и группа \(-CH_{2}-\). Структурная формула вещества А: \(C_{6}H_{5}-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOK\) (калиевая соль фенилаланина). С избытком \(HCl\) реагируют обе группы: соль превращается в кислоту, а аминогруппа присоединяет протон, образуя хлорид: \(C_{6}H_{5}-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOK + 2HCl \rightarrow C_{6}H_{5}-CH_{2}-CH(NH_{3}^{+}Cl^{-})-COOH + KCl\)

При частичном термическом разложении образца нитрата меди(II) образовался твёрдый остаток массой 50,8 г. К остатку добавили 150 г 20%-ного раствора гидроксида натрия. При этом образовался раствор с массой 159 г и массовой долей гидроксида натрия 13,84%. Определите объём смеси газов, выделившихся в результате частичного разложения нитрата меди(II). В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).

2Cu(NO3)2 = 2CuO + 4NO2(газ) + O2(газ) Cu(NO3)2 + 2NaOH = Cu(OH)2(осадок) + 2NaNO3 m(NaOH)исх. = 150*0,2 = 30 г m(NaOH)конеч. = 159*0,1384 = 22 г m(NaOH)прореаг. = 30 - 22 = 8 г n(NaOH)прореаг. = 8/40 = 0,2 моль n(Cu(NO3)2)ост. = 0,5 n(NaOH)прореаг. = 0,1 моль m(Cu(NO3)2)ост. = n*M = 0,1*188 = 18,8 г m(CuO) = 50,8 - 18,8 = 32 г n(CuO) = m/M = 32/80 = 0,4 моль n(газов) = 5/2 n(CuO) = 1 моль V(газов) = 1*22,4 = 22,4 л Подробный разбор 1) Разложение идёт частично, поэтому в твёрдом остатке кроме оксида остаётся и непрореагировавший нитрат; со щёлочью реагирует только он (оксид меди(II) с раствором \(NaOH\) не взаимодействует): \(2Cu(NO_{3})_{2} \overset{t}{\rightarrow} 2CuO + 4NO_{2}\uparrow + O_{2}\uparrow\) \(Cu(NO_{3})_{2} + 2NaOH = Cu(OH)_{2}\downarrow + 2NaNO_{3}\) 2) Щёлочь взята в избытке, поэтому её убыль показывает, сколько её прореагировало: \(m(NaOH)_{исх.} = 150\ г \cdot 0{,}2 = 30\ г\) \(m(NaOH)_{кон.} = 159\ г \cdot 0{,}1384 = 22\ г\) \(m(NaOH)_{прореаг.} = 30\ г - 22\ г = 8\ г\), \(n(NaOH)_{прореаг.} = \dfrac{8\ г}{40\ г/моль} = 0{,}2\ моль\) 3) По второму уравнению \(n(Cu(NO_{3})_{2}) : n(NaOH) = 1 : 2\), значит в остатке было: \(n(Cu(NO_{3})_{2})_{ост.} = 0{,}5 \cdot 0{,}2\ моль = 0{,}1\ моль\), \(m(Cu(NO_{3})_{2})_{ост.} = 0{,}1\ моль \cdot 188\ г/моль = 18{,}8\ г\) 4) Остальная масса твёрдого остатка — оксид меди(II): \(m(CuO) = 50{,}8\ г - 18{,}8\ г = 32\ г\), \(n(CuO) = \dfrac{32\ г}{80\ г/моль} = 0{,}4\ моль\) 5) По первому уравнению на \(2\ моль\ CuO\) приходится \(4\ моль\ NO_{2}\) и \(1\ моль\ O_{2}\), то есть \(5\ моль\) газов: \(n(газов) = \dfrac{5}{2} \cdot 0{,}4\ моль = 1\ моль\) \(V(газов) = 1\ моль \cdot 22{,}4\ л/моль = 22{,}4\ л\) Ответ: \(22{,}4\ л\).

Определите, атомы каких двух из указанных в ряду элементов в основном состоянии имеют одинаковую конфигурацию внешнего энергетического уровня. Запишите номера выбранных элементов. 1) K 2) Cl 3) Cr 4) P 5) Si

Внешний энергетический уровень — это последний уровень с электронами, то есть уровень с наибольшим номером \(n\). Сравнивать нужно именно его конфигурацию, а не полную электронную формулу атома. Выпишем внешние уровни для элементов ряда в основном состоянии: \(K\) (№19): \(...3s^{2}3p^{6}4s^{1}\) — внешний уровень \(4s^{1}\); \(Cl\) (№17): \(...3s^{2}3p^{5}\) — внешний уровень \(3s^{2}3p^{5}\); \(Cr\) (№24): \(...3d^{5}4s^{1}\) — внешний уровень \(4s^{1}\); \(P\) (№15): \(...3s^{2}3p^{3}\) — внешний уровень \(3s^{2}3p^{3}\); \(Si\) (№14): \(...3s^{2}3p^{2}\) — внешний уровень \(3s^{2}3p^{2}\). У хрома работает «провал» (перескок) электрона: вместо ожидаемых \(3d^{4}4s^{2}\) реализуется устойчивая конфигурация \(3d^{5}4s^{1}\) с наполовину заполненным \(d\)-подуровнем. Поэтому на внешнем четвёртом уровне у хрома остаётся всего один электрон — \(4s^{1}\), ровно как у калия. Электроны \(3d^{5}\) находятся на предвнешнем уровне и в сравнении не участвуют. Совпадение получилось только у калия и хрома: у обоих внешний уровень \(4s^{1}\). У хлора, фосфора и кремния внешний уровень третий, и наборы электронов на нём разные — \(3s^{2}3p^{5}\), \(3s^{2}3p^{3}\) и \(3s^{2}3p^{2}\) соответственно, так что ни одна из этих пар одинаковой конфигурации не даёт. Ответ: 13.

Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-неметалла. Расположите выбранные элементы в порядке усиления кислотных свойств образуемых ими высших гидроксидов. Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности. 1) K 2) Cl 3) Cr 4) P 5) Si

Сначала отберите из ряда только неметаллы. Калий (1) — щелочной металл, хром (3) — металл побочной подгруппы, поэтому они не подходят. Остаются хлор (2), фосфор (4) и кремний (5). Запишите высшие гидроксиды выбранных элементов, исходя из их высшей степени окисления, равной номеру группы: кремний (IV группа) — \(H_{2}SiO_{3}\), фосфор (V группа) — \(H_{3}PO_{4}\), хлор (VII группа) — \(HClO_{4}\). Кислотные свойства высших гидроксидов усиливаются в периоде слева направо, потому что при движении по периоду растёт заряд ядра и увеличивается электроотрицательность элемента, а радиус атома уменьшается. Связь \(Э-O\) становится прочнее, а связь \(O-H\) — слабее, и водород легче отщепляется в виде иона \(H^{+}\). Кремний, фосфор и хлор находятся в одном (третьем) периоде и расположены в нём именно в таком порядке, поэтому сила кислот растёт от кремния к хлору: \(H_{2}SiO_{3}\) — очень слабая нерастворимая кислота, \(H_{3}PO_{4}\) — кислота средней силы, \(HClO_{4}\) — одна из самых сильных кислот. Значит, элементы в порядке усиления кислотных свойств их высших гидроксидов идут так: кремний (5), фосфор (4), хлор (2). Ответ: 542

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в образованных ими анионах с общей формулой \(ЭО_3^{-}\) могут иметь одинаковую степень окисления. Запишите номера выбранных элементов. 1) K 2) Cl 3) Cr 4) P 5) Si

Начни с формальной арифметики: в анионе \(ЭO_{3}^{-}\) кислород проявляет степень окисления \(-2\), а суммарный заряд частицы равен \(-1\). Значит, для элемента Э: \(x + 3 \cdot (-2) = -1\), откуда \(x = +5\). То есть вопрос сводится к простому: какие два элемента ряда способны иметь степень окисления \(+5\). Определи для каждого элемента возможные степени окисления по его положению в таблице. Хлор — элемент VIIA-группы, кроме высшей \(+7\) для него характерны и промежуточные \(+1\), \(+3\), \(+5\); степень окисления \(+5\) он проявляет в хлорат-ионе \(ClO_{3}^{-}\) (например, в бертолетовой соли \(KClO_{3}\)). Фосфор — элемент VA-группы, его высшая степень окисления как раз \(+5\), и она реализуется в метафосфат-ионе \(PO_{3}^{-}\), например в метафосфате натрия \(NaPO_{3}\). Таким образом, одинаковую степень окисления \(+5\) в анионах состава \(ЭO_{3}^{-}\) проявляют хлор и фосфор — элементы под номерами 2 и 4. Ответ: 24