Для выполнения задания 29 используйте следующий перечень веществ: аммиак, оксид серы(IV), бромоводородная кислота, гидроксид железа(III), перманганат калия, гидроксид магния. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня выберите вещество-окислитель и вещество-восстановитель, реакция между которыми в соответствующей среде протекает с образованием двух солей и кислоты. 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.

\(5SO_{2} + 2KMnO_{4} + 2H_{2}O = 2MnSO_{4} + K_{2}SO_{4} + 2H_{2}SO_{4}\) \(2\ |\ Mn^{+7} + 5e \rightarrow Mn^{+2}\) — восстановление \(5\ |\ S^{+4} - 2e \rightarrow S^{+6}\) — окисление Окислитель — \(Mn{+7}\) (\(KMnO_{4}\)). Восстановитель — \(S^{+4}\) ( \(SO_{2}\)). Подробный разбор Выбор веществ. Из перечня берём перманганат калия \(KMnO_{4}\) — в нём марганец в высшей степени окисления \(+7\), поэтому он может только принимать электроны, то есть быть окислителем. Вторым берём оксид серы(IV) \(SO_{2}\): сера в нём имеет промежуточную степень окисления \(+4\) и легко повышает её до \(+6\), то есть выступает восстановителем. Средой служит вода — третьим веществом из перечня среду создавать не нужно. Почему получаются две соли и кислота. В нейтральной среде (вода) марганец восстанавливается до \(Mn^{2+}\), а сера переходит в сульфат-ион. Взятого \(SO_{2}\) хватает и на связывание \(Mn^{2+}\) и \(K^{+}\) в соли \(MnSO_{4}\) и \(K_{2}SO_{4}\), и на образование избытка кислоты \(H_{2}SO_{4}\) — как раз два продукта-соли и кислота, как требует условие. Уравнение реакции: \(5SO_{2} + 2KMnO_{4} + 2H_{2}O = 2MnSO_{4} + K_{2}SO_{4} + 2H_{2}SO_{4}\) Электронный баланс: \(2\ |\ Mn^{+7} + 5e \rightarrow Mn^{+2}\) — восстановление \(5\ |\ S^{+4} - 2e \rightarrow S^{+6}\) — окисление Число отданных и принятых электронов уравнивается: \(2 \cdot 5 = 5 \cdot 2 = 10\), отсюда и коэффициенты 2 и 5. Окислитель и восстановитель. Окислитель — марганец в степени окисления \(+7\) (перманганат калия \(KMnO_{4}\)). Восстановитель — сера в степени окисления \(+4\) (оксид серы(IV) \(SO_{2}\)).

Для выполнения задания используйте следующий перечень веществ: аммиак, оксид серы(IV), бромоводородная кислота, гидроксид железа(III), перманганат калия, гидроксид магния. Допустимо использование водных растворов веществ. Из предложенного перечня выберите вещества, реакция ионного обмена между которыми сопровождается растворением белого осадка. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионные уравнения только одной возможной реакции.

\(Mg(OH)_{2} + 2HBr = MgBr_{2} + 2H_{2}O\) \(Mg(OH)_{2} + 2H^{+} + 2Br^{-} = Mg^{2+} + 2Br^{-} + 2H_{2}O\) \(Mg(OH)_{2} + 2H^{+} = Mg^{2+} + 2H_{2}O\) Подробный разбор Из перечня выбираем вещества, дающие реакцию ионного обмена, в которой белый осадок растворяется. Белый осадок в перечне — это \(Mg(OH)_{2}\): нерастворимое основание белого цвета. Осадок \(Fe(OH)_{3}\) не подходит, потому что он бурый. Чтобы осадок растворился, нужна кислота. Из перечня это бромоводородная кислота \(HBr\) (оксид серы(IV) — не электролит-кислота в готовом виде, а реакция с ним не будет обычным ионным обменом с растворением белого осадка). Молекулярное уравнение: \(Mg(OH)_{2} + 2HBr = MgBr_{2} + 2H_{2}O\) Полное ионное уравнение (осадок \(Mg(OH)_{2}\) и вода на ионы не расписываются): \(Mg(OH)_{2} + 2H^{+} + 2Br^{-} = Mg^{2+} + 2Br^{-} + 2H_{2}O\) Сокращённое ионное уравнение (сокращаем одинаковые ионы \(2Br^{-}\)): \(Mg(OH)_{2} + 2H^{+} = Mg^{2+} + 2H_{2}O\) Признак реакции: белый осадок \(Mg(OH)_{2}\) исчезает — получается растворимая соль \(MgBr_{2}\) и вода.

Иодоводородную кислоту нейтрализовали гидрокарбонатом калия. Полученная соль прореагировала с раствором, содержащим дихромат калия и серную кислоту. При взаимодействии образовавшегося простого вещества с алюминием получили соль. Эту соль растворили в воде и смешали с раствором сульфида калия, в результате чего образовался осадок и выделился газ. Напишите уравнения четырёх описанных реакций.

1) KHCO3 + HI = KI + H2O + CO2(газ) 2) K2Cr2O7 + 6KI + 7H2SO4 = Cr2(SO4)3 + 3I2 + 4K2SO4 + 7H2O 3) 2Al + 3I2 = 2AlI3 4) 2AlI3 + 3K2S + 6H2O = 2Al(OH)3(осадок) + 3H2S(газ) + 6KI Подробный разбор Разбираем цепочку по шагам условия: нейтрализация кислой соли → окисление иодида дихроматом → синтез иодида алюминия → необратимый гидролиз. Гидрокарбонат калия как соль слабой и летучей кислоты вытесняется более сильной иодоводородной кислотой, поэтому наряду с солью выделяется газ: \(KHCO_{3} + HI = KI + H_{2}O + CO_{2}\uparrow\) В кислой среде дихромат-ион — сильный окислитель (\(Cr^{6+} \rightarrow Cr^{3+}\)), а иодид-ион окисляется до простого вещества (\(I^{-} \rightarrow I_{2}\)): \(K_{2}Cr_{2}O_{7} + 6KI + 7H_{2}SO_{4} = Cr_{2}(SO_{4})_{3} + 3I_{2} + 4K_{2}SO_{4} + 7H_{2}O\) Именно иод и есть то «простое вещество», о котором говорится дальше. Иод соединяется с алюминием, давая соль — иодид алюминия: \(2Al + 3I_{2} = 2AlI_{3}\) \(AlI_{3}\) и \(K_{2}S\) — соли слабого основания и слабой кислоты, поэтому в растворе идёт взаимное усиление гидролиза: обмена ионами не получается, вместо \(Al_{2}S_{3}\) образуются осадок гидроксида и газ: \(2AlI_{3} + 3K_{2}S + 6H_{2}O = 2Al(OH)_{3}\downarrow + 3H_{2}S\uparrow + 6KI\) На что обратить внимание: в реакции 2 расстановка коэффициентов опирается на баланс электронов \(2Cr^{6+} + 6e^{-} \rightarrow 2Cr^{3+}\) и \(2I^{-} - 2e^{-} \rightarrow I_{2}\); в реакции 4 признаки «осадок и газ» сразу указывают на совместный гидролиз, а не на простую реакцию обмена.

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

Написаны пять уравнений реакций, соответствующих схеме превращений: 1) (CH3)3C-NH2 + CH3Br -> [(CH3)3C-NH2(CH3)]+ Br- (метил-трет-бутиламмония бромид) 2) [(CH3)3C-NH2(CH3)]+ Br- + NaOH -> (CH3)3C-NH-CH3 + NaBr + H2O (N-метил-трет-бутиламин) 3) (CH3)3C-NH2 + HNO2 -> (CH3)3C-OH + N2^ + H2O (трет-бутанол) 4) (CH3)3C-OH ->(H2SO4, t) CH2=C(CH3)-CH3 + H2O (2-метилпропен) 5) 5 CH2=C(CH3)-CH3 + 8KMnO4 + 12H2SO4 -> 5 CH3-CO-CH3 + 5CO2^ + 8MnSO4 + 4K2SO4 + 17H2O Подробный разбор Трет-бутиламин — первичный амин, поэтому от него идут две независимые ветви: алкилирование по атому азота (влево) и дезаминирование действием азотистой кислоты (вправо). \(X_{1}\) — \([(CH_{3})_{3}C-NH_{2}(CH_{3})]^{+}Br^{-}\), бромид метил-трет-бутиламмония; \(X_{2}\) — \((CH_{3})_{3}C-OH\), трет-бутанол (2-метилпропанол-2); \(X_{3}\) — \(CH_{2}=C(CH_{3})-CH_{3}\), 2-метилпропен. \((CH_{3})_{3}C-NH_{2} + CH_{3}Br \rightarrow [(CH_{3})_{3}C-NH_{2}(CH_{3})]^{+}Br^{-}\) Амин выступает основанием и присоединяет галогеналкан — получается соль замещённого аммония \(X_{1}\). \([(CH_{3})_{3}C-NH_{2}(CH_{3})]^{+}Br^{-} + NaOH \rightarrow (CH_{3})_{3}C-NH-CH_{3} + NaBr + H_{2}O\) Щёлочь вытесняет из соли более слабое основание — свободный вторичный амин из схемы. \((CH_{3})_{3}C-NH_{2} + HNO_{2} \rightarrow (CH_{3})_{3}C-OH + N_{2}\uparrow + H_{2}O\) Признак первичного амина: группа \(-NH_{2}\) заменяется на \(-OH\) с выделением азота. \((CH_{3})_{3}C-OH \overset{H_{2}SO_{4},\ t}{\rightarrow} CH_{2}=C(CH_{3})-CH_{3} + H_{2}O\) Внутримолекулярная дегидратация по правилу Зайцева. \(5CH_{2}=C(CH_{3})-CH_{3} + 8KMnO_{4} + 12H_{2}SO_{4} \rightarrow 5CH_{3}-CO-CH_{3} + 5CO_{2}\uparrow + 8MnSO_{4} + 4K_{2}SO_{4} + 17H_{2}O\) Жёсткое окисление разрывает двойную связь: фрагмент \(=C(CH_{3})_{2}\) даёт ацетон, а концевая группа \(CH_{2}=\) — углекислый газ.

При сгорании 7,35 г органического вещества А образуется 5,6 л (н.у.) углекислого газа, 4,05 г воды, 0,56 л (н.у.) азота. Известно, что вещество А имеет неразветвлённый углеродный скелет, содержит три функциональные группы, при этом азотсодержащая группа находится в альфа-положении к одной из кислородсодержащих групп. Вещество А может реагировать как с гидроксидом калия, так и с соляной кислотой. 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 вещества А с избытком гидроксида калия (используйте структурные формулы органических веществ).

Молекулярная формула вещества А: CxHyNzOk n(CO2) = 5,6/22,4 = 0,25 моль n(H2O) = 4,05/18 = 0,225 моль; n(H) = 0,45 моль n(N2) = 0,56/22,4 = 0,025 моль; n(N) = 0,05 моль m(O) = 7,35 - 0,25*12 - 0,45*1 - 0,05*14 = 3,2 n(O) = 3,2:16 = 0,2 моль x : y : z : k = 0,25 : 0,45 : 0,05 : 0,2 = 5 : 9 : 1 : 4 Молекулярная формула C5H9NO4 Структурная формула вещества А: HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH (глутаминовая кислота) Уравнение реакции: HOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOH + 2KOH --> KOOC-CH2-CH2-CH(NH2)-COOK + 2H2O Подробный разбор Найдём количества вещества продуктов сгорания и через них — состав А. Углерод и водород перешли в \(CO_{2}\) и \(H_{2}O\), азот выделился в виде \(N_{2}\): \(n(CO_{2}) = \frac{5{,}6\ л}{22{,}4\ л/моль} = 0{,}25\ моль\), значит \(n(C) = 0{,}25\ моль\); \(n(H_{2}O) = \frac{4{,}05\ г}{18\ г/моль} = 0{,}225\ моль\), значит \(n(H) = 2 \cdot 0{,}225 = 0{,}45\ моль\); \(n(N_{2}) = \frac{0{,}56\ л}{22{,}4\ л/моль} = 0{,}025\ моль\), значит \(n(N) = 0{,}05\ моль\). Проверим, есть ли в А кислород: вычтем из массы навески массы углерода, водорода и азота. \(m(O) = 7{,}35\ г - 0{,}25 \cdot 12\ г/моль - 0{,}45 \cdot 1\ г/моль - 0{,}05 \cdot 14\ г/моль = 3{,}2\ г\); \(n(O) = \frac{3{,}2\ г}{16\ г/моль} = 0{,}2\ моль\). \(n(C) : n(H) : n(N) : n(O) = 0{,}25 : 0{,}45 : 0{,}05 : 0{,}2 = 5 : 9 : 1 : 4\). Молекулярная формула вещества А — \(C_{5}H_{9}NO_{4}\). Реакция и с \(KOH\), и с \(HCl\) говорит о том, что в молекуле есть и кислотные, и основные группы: четыре атома кислорода при трёх функциональных группах дают две группы \(-COOH\), третья группа — аминогруппа \(-NH_{2}\), причём она стоит в \(\alpha\)-положении к одной из карбоксильных групп. Скелет неразветвлённый: \(HOOC-CH_{2}-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOH\) (глутаминовая кислота). С избытком щёлочи реагируют обе карбоксильные группы, аминогруппа с \(KOH\) не взаимодействует: \(HOOC-CH_{2}-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOH + 2KOH \rightarrow KOOC-CH_{2}-CH_{2}-CH(NH_{2})-COOK + 2H_{2}O\)