Задание 29
Вариант ответа:
K2Cr2O7 6FeSO4 7H2SO4 = K2SO4 Cr2(SO4)3 3Fe2(SO4)3 7H2O
1∙ | 2Cr 6 6ē → 2Cr 3
6∙ | Fe 2 – 1ē → Fe 3
Железо в степени окисления 2 (или сульфат железа(II)) является восстановителем.
Хром в степени окисления 6 (или дихромат калия) – окислителем.
Задание 30
3Ba(OH)2 2(NH4)2HPO4 = Ba3(PO4)2 4NH3 6H2O
3Ba2 6OH- 4NH4 2HPO42- = Ba3(PO4)2 4NH3 6H2O
3Ba2 6OH- 4NH4 2HPO42- = Ba3(PO4)2 4NH3 6H2O (сокращенное ионное уравнение совпадает с полным ионным)
Задание 31
1) Fe2(SO4)3 H2S → 2FeSO4 S H2SO4
2) S 6HNO3 → H2SO4 6NO2 2H2O
3) 2Ba(OH)2 4NO2 → Ba(NO2)2 Ba(NO3)2 2H2O
4) Ba(NO2)2 2NH4NO3 → Ba(NO3)2 2N2 4H2O
Задание 32
1) Бензойная кислота является производным бензола, содержащим ориентант II-го рода (мета-ориентант) − карбоксильную группу. Производные бензола с ориентантами II-го рода имеют более низкую активность, чем сам бензол, и реакции замещения в их случае происходят по мета-положению по отношению к заместителю:
Задание 33
Смесь оксида железа(II) и оксида железа(III) массой 8,28 г растворили в 100 г концентрированной азотной кислоты, взятой в избытке. Полученный раствор упаривали до тех пор, пока твердый остаток не стал представлять собой одно единственное вещество. Данное вещество растворили в воде, а к образовавшемуся раствору добавили избыток раствора сульфида калия.
В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин).
Решение:
Пусть,n(Fe2O3) = х моль, а n(FeO) = у моль. Тогда:m(Fe2O3) = M·n = 160х г, а m(FeO) = M·n = 72y г;
Очевидно, что:m(смеси Fe2O3 и FeO) = m(Fe2O3) m(FeO) = (160х 72y) г
Также из условия мы знаем, что:m(смеси Fe2O3 и FeO) = 8,28 г,
Получаем первое уравнение системы:160х 72y = 8,28
Оба оксида железа при взаимодействии с азотной кислотой образуют нитрат железа (III):
Fe2O3 6HNO3 = 2Fe(NO3)3 3H2O (I)FeO 4HNO3 = Fe(NO3)3 NO2↑ 2H2O (II)
Выразим через x и y общее количество вещества нитрата железа (III) образовавшегося в результате реакций (I) и (II).
В начале решения мы приняли, что n(Fe2O3) = x моль, следовательно, в соответствии с уравнением реакции (I):nI(Fe(NO3)3) = 2n(Fe2O3) = 2x моль,
Аналогично, учитывая, что n(FeO) мы приняли равным y моль, в соответствии с уравнением реакции (II) мы можем сказать, что количество вещества нитрата железа(III), образовавшегося по реакции (II), будет равно:nI(Fe(NO3)3) = n(FeO) = y моль,
Таким образом:nобщ.(Fe(NO3)3) = nI(Fe(NO3)3) nII(Fe(NO3)3) = (2x y) моль,
В условии задачи сказано, что азотную кислоту к смеси оксидов железа добавили в избытке. Таким образом, до упаривания образовавшийся раствор состоял из нитрата железа(III), азотной кислоты и воды. Также известно, что в результате упаривания в твердом остатке остается одно единственное вещество.
Исходя из того, что вода и азотная кислота имеют молекулярное строение, а нитрат железа(III) – ионное, логичным будет вывод о том, что твердый остаток представляет собой ни что иное, как нитрат железа(III) – наиболее высококипящий компонент данного раствора.
Таким образом, фактически избыток раствора сульфида калия добавляется к раствору нитрата железа(III). При этом протекает реакция, которая описывается уравнением:
2Fe(NO3)3 3K2S = 2FeS↓ S↓ 6KNO3 (III)
Осадок, образовавшийся при добавлении раствора сульфида калия к раствору нитрата железа(III), представляет собой смесь двух веществ – сульфида железа(II) и серы.
Зная, как общее количество вещества нитрата железа выражается через x и y, мы аналогичным образом через x и y можем выразить количество вещества сульфида железа (II) и количество вещества серы.
Учитывая, что nобщее(Fe(NO3)3) = (2x y) моль, то в соответствии с уравнением реакции (III) мы можем записать, что:n(FeS) = nобщее(Fe(NO3)3)
= (2x y) моль, и, аналогично, что:n(S) = 0,5·nобщее(Fe(NO3)3) = 0,5·(2x y) = (x 0,5y) моль,
В свою очередь:m(FeS) = M·n = 88(2x y) = (176x 88y) г,m(S) = M·n = 32(x 0,5y) = (32x 16y) г
Поскольку, как уже было сказано, осадок, образовавшийся в реакции (III), представляет собой смесь двух веществ – сульфида железа(II) и серы, мы можем сказать, что:
mIII(осадка) = m(FeS) m(S) = (176x 88y) г (32х 16y) г = (208x 104y) г,
В то же время, из условия задачи мы знаем, что:mIII(осадка) = 10,92 г
Отсюда имеем еще одно уравнение с двумя переменными:208x 104y = 10,92
Далее требуется решить систему двух уравнений в двумя неизвестными. Решаем:
Таким образом, n(Fe2O3) = x моль = 0,045 моль,n(FeO) = y моль = 0,015 моль,
В задаче требуется рассчитать массовую долю соли в растворе, полученном при растворении оксидов железа в концентрированном растворе азотной кислоты. То есть, рассчитать массовую долю нитрата железа(III). Для расчета массовой доли нитрата железа(III) нам необходимо знать суммарную массу нитрата железа(III), образовавшегося из обоих оксидов в соответствии с уравнениями реакций (I) и (II).
Ранее мы уже записывали, что:nобщ.(Fe(NO3)3) = nI(Fe(NO3)3) nII(Fe(NO3)3) = (2x y) моль,
подставляя найденные значения x и y получаем: nобщ.(Fe(NO3)3) = 2·0,045 0,015 = 0,105 моль, тогда,mобщ.(Fe(NO3)3) = nобщее(Fe(NO3)3)·M(Fe(NO3)3) = 0,105·242 = 25,41 г,
Масса раствора, образовавшегося при растворении оксидов железа в концентрированной азотной кислоте будет равна:mр-ра(после р-ций I и II) = m(смеси Fe2O3 и FeO) m(HNO3(конц.)) — m(NO2)
Для расчета массы раствора, образовавшегося при растворении оксидов в концентрированной азотной кислоте, нам не хватает только значения массы диоксида азота. Найдем его. В соответствии с уравнением реакции (II):
n(NO2) = n(FeO) = y моль = 0,015 моль, следовательно,m(NO2)= n·M = 0,015·46 = 0,69 г,
Тогда:mр-ра(после р-ций I и II) = 8,28 г 100 г — 0,69 г = 107,59 г,
В свою очередь:
Задание 34
При сжигании 2,28 г неизвестного органического вещества А в качестве единственных продуктов сгорания были получены 1,8 г воды и 2,688 л углекислого газа (н.у.). Известно, что вещество А может быть синтезировано в одну стадию из углеводорода Б, который может реагировать с гидроксидом диамминсеребра в мольном соотношении 1:2 соответственно.
На основании данных условия задания:
1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу органического 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).
Решение:
Поскольку в результате сгорания вещества А в качестве продуктов сгорания образовались только вода и углекислый газ, это означает, что вещество А представляет собой либо углеводород, либо органическое соединение, образованное тремя элементами — углеродом, водородом и кислородом.
В любом случае, молекулярную формулу искомого соединения мы можем представить как CxHyOz. В случае, если вдруг искомое соединение, все же окажется углеводородом, мы просто получим значение z = 0. Определим количество вещества углекислого газа:
n(CO2) = V(CO2)/Vm = 2,688/22,4 = 0,12 моль,и воды:n(H2O) = m(H2O)/M(H2O) = 1,8/18 = 0,1 моль.
Далее определим количество вещества атомов углерода и их массу в составе органического вещества:n(C) = n(CO2) = 0,12 моль,m(C) = n(C)·M(C) = 0,12·12 = 1,44 г,
аналогичные расчеты проведем для водорода:n(H) = 2n(H2O) = 2·0,1 = 0,2 моль,m(H) = n(H)·M(H) = 0,2·1 = 0,2 г
Рассчитаем массу кислорода, которая содержалась в сожженной порции вещества А массой 2,28 г:m(O) = m(в-ва) — m(C) — m(H) = 2,28 г — 1,44 г — 0,2 г = 0,64 г,
Мы получили значение массы кислорода отличное от нуля, следовательно соединение А – это не углеводород. Рассчитаем количество вещества атомов кислорода в порции вещества А массой 2,28 г:
n(O) = m(O)/M(O) = 0,64/16 = 0,04 моль,
Далее найдем простейшую формулу вещества А:n(C) : n(H) : n(O) = 0,12 : 0,2 : 0,04 = 3 : 5 : 1
То есть, простейшая (эмпирическая) формула вещества А — C3H5O.
Следует отметить, что полученная простейшая формула C3H5O не может оказаться истинной молекулярной формулой вещества А. Связано это с тем, что кислородсодержащие соединения с формулой вида CxHyOz не могут содержать в составе своих молекул нечетное число атомов водорода.
Для того, чтобы задача на установление формулы вещества была засчитана, достаточно найти хотя бы одно ее решение, при этом не так уж и редко задача имеет несколько или даже множество решений.
По этой причине, наша задача сейчас увеличивать последовательно простейшую формулу C3H5O в четное число раз, начиная с наименьшего четного числа — 2 (в 2, 4, 6 и т.д.)раз. И искать решения пока мы не наткнемся на первое подходящее. В случае успешного нахождения подходящего решения дальнейшие поиски дополнительных решений можно прекратить.
Увеличив простейшую формулу вещества А в два раза мы получаем формулу C6H10O2. В условии задачи сказано, что исходный углеводород Б может реагировать с [Ag(NH3)2]OH.
Из углеводородов с аммиачным раствором оксида серебра реагируют только те, молекулы которых имеют минимум одну тройную углерод-углеродную связь на конце молекулы. Поскольку в условии сказано, что углеводород Б реагирует с гидроксидом диамминсеребра в соотношении 1:
2, это значит, что молекула углеводорода Б имеет 2 подвижных атома водорода возле тройной СС связи. В такой же пропорции с аммиачными раствором оксида серебра из алкинов способен реагировать только ацетилен. Любой другой его гомолог с концевой тройной связью СС способен реагировать с аммиачным комплексом только в соотношении 1:1.
В таком случае искомым углеводородом Б может являться гексадиин-1,5, а продуктом получаемым из него в одну стадию гександион-2,4.Таким образом, :
1) молекулярная формула вещества А — C6H10O2
2) структурная формула вещества А: 
3) уравнение реакции получения вещества А из вещества Б:
