Подробный разбор демонстрационного варианта ФИПИ 2024 ЕГЭ по химии

Часть 1.

Для выполнения заданий 1–3 используйте следующий ряд химических элементов:

1) Al 2) Se 3) Cr 4) As 5) O

Ответом в заданиях 1–3 является последовательность цифр, под которыми указаны химические элементы в данном ряду.

Задание 1.

Определите два элемента, атомы которых в основном состоянии на внешнем энергетическом уровне содержат только один неспаренный электрон. Запишите номера выбранных элементов.

На моем сайте есть тренажер по заданиям 1-3.

Алюминий – это первый p-элемент 3 периода, поэтому у него электронная конфигурация типа ns²np¹. В первой p-орбитали находится один p-электрон, пары для него нет, поэтому он неспаренный. На s-орбитали пара электронов, поэтому больше неспаренных электронов нет, значит, алюминий нам подходит.

Селен – элемент VI группы главной подгруппы, конфигурация внешнего электронного уровня имеет вид ns²np⁴. На s-уровне находится пара электронов, теперь нам нужно заполнить четырьмя p-электронами три p-орбитали, на которых помещается максимум по два электрона. Первые три p-электрона пойдут первыми электронами в каждую p-орбиталь, а четвертый p-электрон станет вторым в первой p-орбитали. Тогда в первой p-орбитали будет пара электронов (спаренные электроны), а в двух других останется по одному p-электрону, которые будут неспаренными. То есть неспаренных электрона у селена будет два, нам не подходит.

Хром – это d-элемент. Ряд d-элементов 4 периода начинается со скандия, хром в этом ряду будет четвертым, поэтому у него должна быть конфигурация внешнего уровня 4s²3d⁴. Тем не менее необходимо вспомнить, что конфигурация d⁵ обладает особой устойчивостью, поэтому в случае хрома происходит перескок одного 4s-электрона на 3d-уровень и конфигурация принимает вид 4s¹3d⁵. На самой внешней оболочке 4s остается один электрон, он неспаренный, значит, хром нам подходит.

Мышьяк – элемент V группы главной подгруппы, его электронная конфигурация ns²np³. Эти три p-электрона располагаются по одному в каждой из трех p-орбиталей. Все три электрона оказываются неспаренными, поэтому нам не годится.

Наконец кислород находится в той же группе, что и селен, поэтому все рассуждения об электронной конфигурация аналогичны. У кислорода будет два неспаренных электрона, нам не подходит.

Ответ: 1, 3

Задание 2.

Из указанных в ряду химических элементов выберите три элемента-неметалла. Расположите выбранные элементы в порядке уменьшения восстановительных свойств образованных ими простых веществ. Запишите номера выбранных элементов в нужной последовательности.

Металлами являются алюминий и хром, тогда три элемента-неметалла – это селен, мышьяк и кислород. Уменьшение восстановительных свойств эквивалентно усилению окислительных свойств. Окислительные свойства элементов растут вверх по группе и направо по периоду. Тогда самым сильным окислителем в нашем ряду будет кислород. И действительно, это второй (после фтора) самый сильный окислитель вообще из всех элементов. Тогда следующим по убыванию окислительных свойств будет идти селен (он ниже по группе, чем кислород), а за ним мышьяк (он левее по группе, чем селен). Нам нужен ряд роста окислительных свойств, поэтому получим мышьяк-селен-кислород.

Ответ: 4, 2, 5

Задание 3.

Из числа указанных в ряду элементов выберите два элемента, которые в составе образованных ими анионов с общей формулой ЭO_x^2– могут иметь одинаковую степень окисления. Запишите номера выбранных элементов.
 
Алюминий образует ион типа ЭО_х^2- в алюминате AlO₂^-, однако у него заряд -1, а не -2, как нам нужно. Не подходит.

Селен подобно сере (потому что они в одной группе) может иметь степени окисления +4 и +6, тогда соответствующие ионы будут SeO₃^2- и SeO₄^2- (подобно сульфиту SO₃^2- и сульфату SO₄^2- для серы).

Хром, как мы знаем, образует хромиты СrO₂^- и хроматы CrO₄^2-. В хромате у хрома степень окисления +6 и такая же у селена в ионе SeO₄^2-. Поэтому в качестве ответа годятся селен и хром. Докажем тем не менее, что остальные варианты не подходят.

У мышьяка, как у азота (потому что они в одной группе), возможны ионы AsO₂^- и AsO₃^-. Правда, в действительности ион AsO₃- редок, обычно имеют дело с AsO₄^3-. Но тем не менее в этих ионах у мышьяка степень окисления +3 и +5. Другие элементы нашего ряда нужного иона ЭО_х^2- с такими степенями окисления не образуют.

Что касается кислорода, то он ионов сам с собой не образует. Поэтому возвращаемся к ответу селен-хром.

Ответ: 2, 3.

Задание 4.

Из предложенного перечня выберите два вещества молекулярного строения с ковалентной полярной связью.

1) Na₂SO₄ 
2) HCOOH 
3) CH₄ 
4) CaO 
5) Cl₂

1) Na₂SO₄ – это соль сульфат натрия. Она образована катионом натрия Na⁺ и анионом серной кислоты сульфатом SO₄^2-. Между катионом и анионом ионная связь, то есть соль – это ионное соединение. Ионные соединения не имеют молекулярного строения и не являются молекулами, поэтому сульфат натрия нам не подходит даже несмотря на то, что внутри сульфат-аниона действительно есть ковалентные полярные связи между серой и кислородом.

2) HCOOH – это муравьиная кислота. Муравьиная кислота в индивидуальном виде имеет молекулярное строение, а также в ней есть ковалентные полярные связи, например, C-H или С=O. Она нам подходит.

3) CH₄ – это простейший алкан метан. Никаких ионов в нем тоже нет, это молекула, и все четыре связи C-H являются ковалентными полярными. Подходит.

4) CaO – это оксид кальция. Кальций – это металл с очень низкой электроотрицательностью, а кислород – неметалл с очень высокой электроотрицательностью. Когда ковалентная полярная связь образуется между атомами, имеющими очень сильно различающиеся электроотрицательности, она становится ионной. Это как раз наш случай. CaO – это ионное соединение, а не молекула, поэтому не годится.

5) Cl₂ – это простое вещество хлор. Ковалентная связь образована одинаковыми атомами, поэтому является ковалентной неполярной. А нам нужна полярная, поэтому отбрасываем.

Ответ: 2, 3

Задание 5.

Среди предложенных формул/названий веществ, расположенных в пронумерованных ячейках, выберите формулы/названия: А) двухоснóвной кислоты; Б) средней соли; В) амфотерного гидроксида. 

Теорию по этому заданию вы можете посмотреть в этой статье, а также можете потренироваться на тренажере здесь.

А) Двухосновная кислота – это кислота, в молекуле которой есть два атома водорода, способные замещаться на другой катион. Кислот в нашем списке две: HNO₂ и H₂SO₃. В азотистой кислоте HNO₂ один атом водорода, а в сернистой H₂SO₃ – два. Поэтому выбираем H₂SO₃. Это двухосновная кислота.

Б) Средняя соль – это такая соль, которая является продуктом замещения всех атомов водорода, которые могут замещаться в кислоте, на катион. Солей в списке две: NaH₂PO₄ (дигидрофосфат натрия) и аммиачная селитра - NH₄NO₃. Дигидрофосфат натрия – это кислая соль, потому что она получена неполным замещением всех атомов водорода в фосфорной кислоте, можно заместить еще два атома. А вот аммиачная селитра (NH₄NO₃) – это средняя соль. Собственно, азотная кислота является одноосновной и кислых солей не образует.

В) Амфотерный гидроксид – это гидроксид, проявляющий одновременно кислотные и основные свойства. Как правило, это означает, что он растворяется и в кислотах, и в щелочах. Гидроксидов в списке тоже два: Zn(OH)₂ и Fe(OH)₂. На самом деле, они оба амфотерны, но кислотные свойства Fe(OH)₂ настолько слабы, что в курсе ЕГЭ его считают только основным. А вот гидроксид цинка амфотерный, легко растворяется в кислотах и щелочах. Гидроксид железа (II) так легко в щелочах не растворяется.

Ответ: 4, 8, 2.

Задание 6.

Даны две пробирки с раствором гидроксида калия. В первую пробирку добавили нерастворимое в воде вещество Х. В результате реакции добавленное вещество полностью растворилось. Во вторую пробирку добавили раствор вещества Y. В этой пробирке произошла реакция, которую описывает сокращённое ионное уравнение:

NH₄⁺ + OH^– = NH₃ + H₂O

Из предложенного перечня выберите вещества X и Y, которые участвовали в описанных реакциях.

1) ацетат аммония 
2) гидроксид цинка 
3) карбонат железа(II) 
4) оксид меди(II) 
5) гидрат аммиака

X) Если в растворе гидроксида калия растворилось нерастворимое в воде вещество, то скорее всего речь идет об амфотерных металле, оксиде или гидроксиде. Нерастворимые соли в щелочах обычно не растворяются. И действительно, у нас есть нерастворимый в воде амфотерный гидроксид – Zn(OH)₂. Оксид меди(II) тоже амфотерный, однако с щелочами реагирует только при сплавлении, а у нас раствор. Выбираем гидроксид цинка.

Y) Учитывая, что в сокращенном ионном уравнении появляется катион аммония NH₄⁺, можно заключить, что этот катион аммония взялся из растворимой соли аммония. Соль аммония у нас только одна – это ацетат аммония. Гидрат аммиака с формулой NH₃∙H₂O не даст в растворе катионов NH₄⁺, в ионных уравнениях он фигурировал бы в виде молекулы NH₃, поэтому аммиак не годится. Выбираем ацетат аммония.

Ответ: 2, 1.

Задание 7.

Установите соответствие между веществом и реагентами, с каждым из которых это вещество может взаимодействовать: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Каких свойств мы ждем от серы? Прежде всего мы ждем от нее ОВР с металлами и неметаллами, а также реакцию диспропорционирования в щелочах. Пунктом 3 у нас идут три неметалла, все они реагируют с серой.

S + H₂ = H₂S
S + Cl₂ = S₂Cl₂ + SCl₂
S + O₂ = SO₂

Б) Оксид серы (VI) SO₃ – это типичный кислотный оксид. От него мы ждем реакции с водой, а также с основными оксидами и гидроксидами. Под это подходит пункт 2.

SO₃ + BaO = BaSO₄
SO₃ + H₂O = H₂SO₄
SO₃ + 2KOH = K₂SO₄

В) Гидроксид цинка Zn(OH)₂ является амфотерным. Поэтому от него мы ждем реакций с кислотами и щелочами. Кислоты и щелочи – это пункт 4.

Zn(OH)₂ + 2HBr = ZnBr₂ + H₂O
Zn(OH)₂ + 2LiOH = Li₂[Zn(OH)₄]
Zn(OH)₂ + 2CH₃COOH = Zn(CH₃COO)₂ + 2H₂O

Г) Бромид цинка ZnBr₂ – это соль, галогенид. От солей-галогенидов мы ждем реакций обмена и ОВР с более активными галогенами. Под это подходит пункт 1.

ZnBr₂ + 2AgNO₃ = Zn(NO₃)₂ + 2AgBr↓
3ZnBr₂ + 2Na₃PO₄ = Zn₃(PO₄)₂↓ + 6NaBr
ZnBr₂ + Cl₂ = ZnCl₂ + Br₂

Первые две реакции обмена протекают, потому что есть движущая сила в виде образования осадка.

Ответ: 3, 2, 4, 1.

Задание 8.

Установите соответствие между исходными веществами, вступающими в реакцию, и продуктами этой реакции: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

A) Концентрированная серная кислота – это кислота-окислитель, поэтому при реакции с восстановителем, каким является Mg, будет происходит восстановление S⁺⁶ в серной кислоте. Вопрос в том до чего: до S⁺⁴ (SO₂, пункт 2) или до S^-2 (H₂S, пункт 5)? Учитывая, что Mg весьма сильный восстановитель, поэтому сера будет восстанавливаться тоже сильно, до H₂S. Значит, выбираем пункт 5. Кроме того, пункт 2 не подходит, так как MgO в кислой среде, создаваемой серной кислотой, существовать не может, он быстро превратится в MgSO₄.

Б) Эта реакция не является ОВР, потому что Mg в MgO уже окислен до Mg⁺² и дальше окисляться не может. Перед нам реакция основного оксида и кислоты, продуктами ее должны быть соль и вода. То есть подходит пункт 1.

В) Участие в реакции концентрированной серной кислоты и способной окисляться серы снова говорит о том, что перед нами ОВР. Cера S⁰ может окисляться до S⁺⁴, а сера из кислоты S⁺⁶ так восстанавливаться до S⁺⁴. Это реакция со- или конпропрорционирования. Выбираем пункт 4.

Г) Сжигание H₂S в кислороде приводит к окислению серы. Вопрос в том до чего: до S⁺⁴ (в SO₂, пункт 4) или S⁺⁶ (в SO₃, пункт 6)? Просто горение H₂S приводит к образованию только SO₂, потому что на производстве серной кислоты окисление SO₂ в SO₃ – это отдельная технологическая стадия, требующая катализатора. На предыдущей стадии, без катализатора, обжиг пирита FeS₂ приводит к образованию только SO₂. Так же и у нас. Выбираем пункт 4.

Ответ: 5, 1, 4, 4

Задание 9.

Задана следующая схема превращений веществ:

Определите, какие из указанных веществ являются веществами X и Y.

1) HCl 
2) CuCl₂ 
3) KI 
4) Cl₂ 
5) AgI

X) Железо прореагировало с чем-то с образованием FeCl₃. Варианта два: это либо HCl, либо Cl₂. Но H⁺ в HCl гораздо более слабый окислитель, чем чистый хлор. Поэтому HCl окисляет железо до Fe⁺², а хлор - до Fe⁺³, и во втором случае получается как раз FeCl₃. Х – это Cl₂.

Y) В ходе реакции Fe⁺³ превратилось в Fe⁺², то есть выступило в роли окислителя. Значит, среди предложенных веществ нужно найти восстановитель. Fe⁺³ не такой сильный окислитель, чтобы окислить Cl^-1 в HCl, для этого окислитель нужен гораздо сильнее вроде KMnO₄. Аналогично Fe⁺³ не может окислить Сl^-1 в CuCl₂ и Cl⁰ в Cl₂.  А вот I^-1 окислить может вполне. Соединений с йодом в списке два. Однако AgI нерастворим в воде, в отличие от KI. Поэтому окислять нужно KI. Y – это KI.

Ответ: 4, 3

Задание 10.

Установите соответствие между названием вещества и классом/группой органических соединений, к которому(-ой) оно принадлежит: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Толуол – это метилбензол или фенилметан с формулой C₆H₅-CH₃. Ни азота, ни кислорода, ни галогенов в его составе нет. Это углеводород.

Б) Ацетон – это диметилкетон или пропанон с формулой СH₃-CO-CH₃. Кислород в составе этой молекулы есть, поэтому это кислородсодержащее соединение.

В) Метиламин имеет формулу CH₃-NH₂. В ее составе есть азот, поэтому это азотсодержащее соединение.

Ответ: 3, 2, 1.

Задание 11.

Из предложенного перечня выберите два вещества, которые являются структурными изомерами бутена-1.

1) бутан 
2) циклобутан 
3) бутин-2 
4) бутадиен-1,3 
5) метилпропен

Удобно будет нарисовать структурные формулы этих веществ и определить их состав. Соединения, состав которых совпадает с составом бутена-1, являются изомерами бутена-1. 

Ответ: 2, 5.

Задание 12.

Из предложенного перечня выберите все вещества, при взаимодействии которых с раствором перманганата калия в кислой среде образуется карбоновая кислота.

1) гексен-1 
2) бензол 
3) метилбензол 
4) метилэтиловый эфир 
5) уксусный альдегид

Гексен-1 – это соединение с концевой двойной связью. При окислении перманганатом калия в кислой среде такая связь разрывается с образованием карбоновой кислоты и СО₂.

Метилбензол – это толуол, который в указанных условиях легко окисляется в бензойную кислоту.

Уксусный альдегид также способен окисляться до уксусной кислоты.

Бензол и простой метилэтиловый эфир с перманганатом калия не взаимодействуют.

Схемы окисления показаны на рисунке ниже:

Ответ: 1, 3, 5.

Задание 13.

Из предложенного перечня выберите два вещества, с которыми реагирует метиламин.

1) пропан 
2) хлорметан 
3) водород 
4) гидроксид натрия 
5) соляная кислота

Метиламин, имеющий формулу CH₃-NH₂, содержит аминогруппу. Аминогруппа проявляет основные свойства, поэтому от метиламина мы ожидаем реакций с кислотами. Также метиламин можно сжечь (реакция с кислородом), а еще возможна его реакция с галогеналканами с образованием четвертичного алкиламмония. Исходя из всего вышесказанного, нам подходят хлорметан и соляная кислота.

Ответ: 2, 5.

Задание 14.

Установите соответствие между веществом и органическим продуктом его окисления перманганатом калия в кислой среде: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

Теорию по этому заданию на окисление органических веществ вы можете посмотреть в этой статье.

А) Стирол – это винилбензол или фенилэтилен. У него есть концевая двойная связь. При окислении концевой двойной связи KMnO₄ в кислой среде образуются карбоновые кислоты и СО₂, сама двойная связь при этом разрывается. Поэтому из стирола при окислении получатся бензойная кислота и СО₂. 

Б) Пропин – это алкин с концевой тройной связью. При окислении перманганатом в кислой среде такие алкины ведут себя так же, как и алкены с концевой двойной связью, просто требуются чуть более жесткие условия. Поэтому из пропина при окислении мы получим уксусную кислоту и СО₂. 
 

В) Бутен-1 – это алкен и снова с концевой двойной связью. Применяем тот же алгоритм и получаем пропановую кислоту и СО₂.

Г) Этилбензол представляет собой бензол с этильным радикалом в кольце. Каким бы длинным ни был радикал при окислении перманганатом в кислой среде образуется всегда бензойная кислота. Радикал при этом окисляется в карбоновую кислоту (если это пропил или более длинный радикал) и в СО₂, если это этил. В нашем случае мы имеем дело с этилом, поэтому продукты окисления этилбензола – это бензойная кислота и СО₂. 

Ответ: 1, 6, 4, 1.

Задание 15.

Установите соответствие между веществом и возможным способом его получения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Этиленгликоль можно получить гидролизом 1,2-дихлорэтана, и такой гидролиз лучше проводить в щелочной среде. Атомы хлора будут замещаться на гидроксильные группы –ОН и мы получим требуемый этиленгликоль.

CH₂Cl-CH₂Cl + 2NaOH → CH₂OH-CH₂OH + 2NaCl

Б) Уксусную кислоту можно получить окислением ацетальдегида. Можно брать как сильный окислитель KMnO₄ в кислой среде, так и более мягкий вроде Cu(OH)₂.

CH₃-CHO + 2Cu(OH)₂ → CH₃-COOH + Cu₂O↓ + 2H₂O

В) Пропанон – это диметилкетон или ацетон, простейший кетон. Его можно получить пиролизом ацетата кальция, то есть нагревом этой соли без доступа воздуха. Вторым продуктом будет карбонат кальция.

Ca(CH₃COO)₂ → CH₃-CO-CH₃ + CaCO₃

Г) Бензойную кислоту можно получить окислением толуола перманганатом калия в кислой среде. Эта реакция нам уже встречалась. Запишем ее теперь не в виде схемы, а полностью с коэффициентами:

5C₆H₅CH₃ + 6KMnO₄ + 9H₂SO₄ → 5C₆H₅COOH + 3K₂SO₄ + 6MnSO₄ + 14H₂O

Правильные ответы мы выбрали, скажем пару слов про оставшиеся реакции, которые нам не подошли. Гидролизом (щелочным) 1,1-дихлорэтана можно получить ацетальдегид. На первом этапе образуется двухатомный спирт с двумя ОН-группами у одного атома С. Он неустойчив и распадается с образованием альдегида.

CH₃-CHCl₂ + 2NaOH → [ CH₃-CH(OH)₂ ] → CH₃-CHO + 2NaCl + H₂O

А окисление пропаналя даст пропановую кислоту, которой в нашем списке тоже нет.

CH₃-CH₂-CHO + 2Cu(OH)₂ → CH₃-CH₂-COOH + Cu₂O↓ + 2H₂O

Ответ: 3, 1, 2, 6.

Задание 16.

Задана схема превращений веществ:

Определите, какие из указанных веществ являются веществами Х и Y

1) 2-хлорбутан 
2) этаналь 
3) этилен 
4) метилпропан 
5) бромэтан

Учитывая, что из этанола мы через два шага получаем бутан, на каком-то этапе произошло удлинение углеводородной цепочки. Реакций, при которых происходит подобное удлинение, мы знаем немного. Это может быть электролиз по Кольбе, либо реакция Вюрца. Для электролиза по Кольбе вещество Х должно быть пропионатом натрия или калия, только так мы на втором шаге сможем получить бутан. Очевидно, что за одну реакцию из этанола пропионат натрия получить нельзя, потому что меняется число атомов углерода в молекуле. Поэтому следует остановить выбор на реакции Вюрца. Тогда X – бромэтан, который легко получить из этанола по реакции с HBr.

Что касается бутана, то далее он в присутствии катализатора AlCl₃ претерпевает изомеризацию, результатом чего становится изобутан или метилпропан. На практике такой катализатор не используется уже больше полувека, но в ЕГЭ он дается как исторически один из первых.

1) CH₃-CH₂-OH + HBr → CH₃-CH₂-Br + H₂O
2) 2CH₃-CH₂-Br + 2Na → CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ + 2NaBr
3) CH₃-CH₂-CH₂-CH₃ → CH₃-CH(CH₃)-CH₃

Ответ: 5, 4.

Задание 17.

Из предложенного перечня выберите все реакции, которые являются окислительно-восстановительными.

1) взаимодействие сульфида калия с перманганатом калия 
2) взаимодействие концентрированной серной кислоты с хлоридом натрия 
3) взаимодействие при нагревании хлорида аммония и нитрита натрия 
4) взаимодействие при нагревании оксида кремния с карбонатом натрия 
5) взаимодействие иодоводородной кислоты с дихроматом натрия

Запишем все реакции.

1) Запишем реакцию в кислой среде.

5K₂S^-2 + 2KMn⁺⁷O₄ + 8H₂SO₄ = 5S⁰ + 6K₂SO₄ + 2Mn⁺²SO₄ + 8H₂O

В уравнении реакции показано, как сера и марганец изменили степени окисления. Если происходит изменение степеней окисления, значит, перед нам ОВР.

2) Вторая реакция не идет в растворе, но протекает если твердый хлорид натрия залить концентрированной серной кислотой.

H₂⁺¹S⁺⁶O₄^-2 + Na⁺¹Cl^-1 → Na⁺¹H⁺¹S⁺⁶O₄^-2 + H⁺¹Cl^-1↑

В этой реакции ни один атом не изменил степень окисления, следовательно, это не ОВР.

3) От реакции между хлоридом аммония и нитритом натрия мы ожидаем ионного обмена, потому что перед нами две соли. Однако если раствор нагревать, то образующийся нитрит аммония NH₄NO₂ претерпевает разложение на воду и азот. Суммарно реакция выглядит так:

N^-3H₄Cl + NaN⁺³O₂ → NaCl + N₂⁰ + 2H₂O

Происходит изменение степеней окисления атомов азота, это ОВР.

4) Если сплавлять оксид кремния с карбонатом натрия, мы увидим следующий процесс:

Si⁺⁴O₂^-2 + Na₂⁺¹C⁺⁴O₃^-2 → Na₂⁺¹Si⁺⁴O₃^-2 + C⁺⁴O₂^-2↑

Изменения степеней окисления не происходит, это не ОВР.

5) Дихромат натрия сильный окислитель, а йодоводородная кислота сильный восстановитель, поэтому они прекрасно реагируют друг с другом.

14HI^-1 + Na₂Cr₂⁺⁶O₇ = 2Cr⁺³I₃ + 3I₂⁰ + 2NaI + 7H₂O

Атомы йода и хрома изменили степени окисления, перед нами ОВР.

Ответ: 1, 3, 5.

Задание 18.

Из предложенного перечня выберите все реакции, которые при тех же условиях протекают с большей скоростью, чем взаимодействие натрия с этанолом.

1) взаимодействие натрия с бутанолом-1 
2) взаимодействие калия с этанолом 
3) взаимодействие натрия с водой 
4) взаимодействие натрия с пропанолом-2 
5) взаимодействие кальция с пропанолом-1

У нас есть реакция натрия с этанолом, в результате которой образуется этилат натрия и выделяется водород. И даны еще пять реакций, скорость которых нужно оценить по отношению к скорости данной реакции. Как это сделать? В реакции натрия с этанолом реагируют фактически активный металл (натрий) и вещество с кислотными свойствами (этанол). Из приведенных пяти реакций те из них будут протекать быстрее, в которых взаимодействует более активный металл, чем натрий, и более сильная кислота, чем этанол.

1) Чем длиннее углеводородный радикал при гидроксильной группе ОН, тем слабее кислотные свойства спирта. Поэтому метанол проявляет более сильные кислотные свойства, чем этанол, этанол – более сильные, чем пропанол и так далее. Следовательно, бутанол проявляется более слабые кислотные свойства, чем этанол, и реакция протекает медленнее, чем реакция натрия с этанолом.

2) Калия находится ниже натрия в I группе и является более активным металлом. Активность металлов растет вниз по группе, что видно по реакции металлов I группы с водой. Литий медленно реагирует с водой, плавая в ней, тогда как цезий реагирует со взрывом. Поэтому калий, будучи более активным по сравнению с натрием, быстрее реагирует с этанолом.

3) Кислотные свойства спиртов слабее, чем кислотные свойства воды. Именно поэтому алкилаты (соли спиртов) гидролизуются водой – вода как более сильная кислота вытесняет спирты из их солей. Если вода сильнее как кислота, чем этанол, значит, реакция натрия с ней протекает быстрее.

4) Вторичные спирты слабее по кислотным свойствам, чем первичные. Это связано с индуктивным электронным эффектом алкильных заместителей. Тогда пропанол-2 слабее как кислота, чем пропанол-1, а пропанол-1 слабее как кислота, чем этанол. Значит, эта реакция натрия с пропанолом-2 будет протекать медленнее, чем реакция натрия с этанолом.

5) Здесь у нас, во-первых, пропанол-1, который слабее по кислотным свойствам, чем этанол. Во-вторых, кальций, с одной стороны, ниже по группе, чем натрий, а с другой, правее по периоду. Направо по периоду активность металлов падает. Поэтому реакция кальция с пропанолом-1 протекает медленнее, чем реакция натрия с этанолом.

Ответ: 2, 3.

Задание 19.

Установите соответствие между уравнением реакции и свойством элемента азота, которое он проявляет в этой реакции: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. 

А) Степень окисления азота в NH₄HCO₃ была -3 и осталась такой же в NH₃. Азот не изменил степень окисления в ходе реакции, значит, он не проявляет окислительно-восстановительных свойств.

Б) Азот в NH₃ имел степень окисления -3, а в N₂ она стала равна 0. Азот повысил степень окисления, то есть отдал электроны. Следовательно, он является восстановителем.

В) Азот в NH₃ имел степень окисления -3, а в NO она стала равна +2. Степень окисления азота повысилась, то есть он снова отдал электроны. Следовательно, он восстановитель.

Ответ: 4, 2, 2.

Задание 20.

Установите соответствие между солью и продуктами электролиза водного раствора этой соли, которые выделились на инертных электродах: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Na⁺ - это катион активного металла в ряду напряжений до Al. Такие катионы (в водном растворе) не разряжаются, на катоде выделяется водород. PO₄^3- - это анион кислородсодержащей кислоты, такие анионы тоже не разряжаются, на аноде выделяется кислород.

Б) K⁺ - тоже катион активного металла в ряду напряжений до Al. Он не разряжается, на катоде выделяется водород. Cl^- - разряжается, и на аноде выделяется Cl₂, то есть галоген.

В) Cu²⁺ - катион металла в ряду напряжений после водорода, такие катионы разряжаются с выделением металла. Br^- разряжается с выделением Br₂ на аноде, то есть галогена.

Ответ: 3, 4, 2.

ИЛИ

Установите соответствие между веществом и возможным способом его получения путём электролиза: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) В промышленности алюминий получают электролизом Al₂O₃, растворенного в расплаве криолита, то есть K₃AlF₆. Электролиз водного раствора AlCl₃ не годится, потому что в этом случае вместо Al³⁺ преимущественно будет разряжаться водород из воды с образованием H₂.

Б) Кислород можно получить электролизом водного раствора KF. Да, мы знаем, что галогенид-ионы в водных растворах разряжаются до простых веществ галогенов, но F^- исключение. Он не разряжается, вместо него разряжается вода с образованием O₂ на аноде.

В) Калий нельзя получить электролизом водных растворов калиевых солей, потому что в этом случае будет выделяться водород из воды. Но если убрать воду, то есть взять расплав калиевой соли, то будет выделяться металлический калий. Поэтому выбираем расплав KF.

Ответ: 1, 2, 4.

Для выполнения задания 21 используйте следующие справочные данные.

Концентрация (молярная, моль/л) показывает отношение количества растворённого вещества (n) к объёму раствора (V). 

pH («пэ аш») – водородный показатель; величина, которая отражает концентрацию ионов водорода в растворе и используется для характеристики кислотности среды.


Задание 21.

Для веществ, приведённых в перечне, определите характер среды их водных растворов.

1) Na₂SO₄ 
2) Fe(NO₃)₃ 
3) K₂SO₃ 
4) НClO₃

Запишите номера веществ в порядке возрастания значения pH их водных растворов, учитывая, что концентрация веществ во всех растворах (моль/л) одинаковая.

1) Соль Na₂SO₄ образована катионом Na⁺, которому соответствует сильное основание NaOH, и анионом SO₄^2-, которому соответствует сильная кислота H₂SO₄. Такие соли не гидролизуются, среда будет нейтральной с рН 7.

2) Соль Fe(NO₃)₃ образована катионом Fe³⁺, которому соответствует слабое основание Fe(OH)₃, и анионом NO₃^-, которому соответствует сильная кислота HNO₃. Такая соль будет гидролизоваться по катиону, среда будет кислой с рН < 7.

3) Соль K₂SO₃ образована катионом К⁺, которому соответствует сильное основание KOH, и анионом SO₃^2-, которому соответствует слабая кислота H₂SO₃. Такая соль будет гидролизоваться по аниону, среда будет щелочная с рН > 7.

4) HClO₃ – это сильная кислота, которая в водном растворе хорошо распадается на ионы и создает большую концентрацию ионов H⁺. Это означает, что среда будет сильнокислой с рН << 7.

Осталось расположить растворы солей в порядке роста рН.

Теорию по гидролизу солей в ЕГЭ вы можете посмотреть здесь.

Ответ: 4, 2, 1, 3.

Задание 22.

Установите соответствие между способом воздействия на равновесную систему

H₂O(ж) + Al³⁺(р-р) ⇆ AlOH²⁺(р-р) + H⁺(р-р) – Q

и смещением химического равновесия в результате этого воздействия: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Любая кислота диссоциирует на ионы по типу HX ⇆ H⁺ + X^-. То есть добавление кислоты эквивалентно увеличению концентрации ионов Н⁺. Учитывая данное уравнение равновесного процесса, повышение концентрации ионов Н⁺ приведет к смещению равновесия в сторону продуктов, образующихся из H⁺ и AlOH²⁺, то есть в сторону обратной реакции.

Б) Давление на положение равновесия влияет только в том случае, если среди исходных веществ или продуктов есть газы. В нашем случае их нет, поэтому давление на положение равновесия не влияет.

В) Наша реакция является эндотермической, то есть протекает с поглощением тепла. Соответственно, чем больше тепла мы даем, тем лучше протекает прямая реакция и больше продуктов мы получаем. То есть повышение температуры смещает равновесие в сторону прямой реакции.

Г) Твердая щелочь растворяется в воде и диссоциирует по типу MeOH ⇆ Me⁺ + OH^-. То есть добавление щелочи эквивалентно увеличению концентрации ионов ОН-. Однако концентрации Н⁺ и ОН^- в любом растворе связаны. Чем больше концентрация ОН^-, тем меньше концентрация Н⁺, и наоборот. Действительно, среда раствора может быть либо кислотной, либо щелочной, но не кислотной и щелочной одновременно. Поэтому рост концентрации ОН^- за счет добавленной щелочи вызывает снижение концентрации Н+. Снижение концентрации Н⁺ вызывает смещение равновесия в сторону прямой реакции.

Ответ: 2, 3, 1, 1

Задание 23.

В реактор постоянного объёма поместили оксид серы(IV) и кислород. При этом исходная концентрация оксида серы(IV) составила 0,6 моль/л. В результате протекания обратимой реакции

2SO₂(г) + О₂(г) ⇆ 2SO₃(г)

в реакционной системе установилось химическое равновесие, при котором концентрации кислорода и оксида серы(VI) составили 0,3 моль/л и 0,4 моль/л соответственно.

Определите равновесную концентрацию SO₂ (X) и исходную концентрацию O₂ (Y). Выберите из списка номера правильных ответов.

1) 0,1 моль/л 
2) 0,2 моль/л 
3) 0,3 моль/л 
4) 0,4 моль/л 
5) 0,5 моль/л 
6) 0,6 моль/л

Теорию по этому заданию вы можете посмотреть здесь, а потренироваться на тренажерах здесь.

Если в реактор поместили SO₂ и О₂, то исходная концентрация SO₃ была равна нулю. После достижения равновесия равновесная концентрация SO₃ составила 0,4 моль/л, то есть его образовалось 0,4 моль/л. Если его образовалось 0,4 моль/л, то израсходовалось на это 0,4 моль/л SO₂ (так как коэффициенты перед SO₂ и SO₃ равны) и 1/2 ∙ 0,4 = 0,2 моль/л О₂ (так как коэффициент перед О₂ в два раза меньше, чем перед SO₃). Равновесная концентрация SO₂ – это то, что было до начала реакции (исходная концентрация) минус то, что израсходовалось. То есть 0,6 – 0,4 = 0,2 моль/л. А исходная концентрация О₂ – это то, что осталось после достижения равновесия (равновесная концентрация), плюс то, что израсходовалось. То есть 0,3 + 0,2 = 0,5 моль/л.

Ответ: 2, 5.

Задание 24.

Установите соответствие между веществами и реагентом, с помощью которого можно различить водные растворы этих веществ: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

A) Для различения этой пары можно использовать Cu. При взаимодействии Cu с HNO₃ выделится какой-то газ – обычно NO₂ или NO – в зависимости от степени разбавления азотной кислоты. В случае концентрированной выделится NO₂ – бурый газ. С NaNO₃ (в водном растворе в отсутствие серной кислоты) медь не реагирует. По образованию газа мы определим, в какой колбе была азотная кислота.

Б) Здесь нам поможет ионный обмен с CuSO₄. С KCl сульфат меди(II) не реагирует, потому что в этой реакции нет движущей силы – не образуются ни осадок, ни газ, ни вода. А вот с NaOH ионный обмен даст окрашенный осадок Cu(OH)₂. Так мы поймем, в какой колбе был NaOH.

В) Здесь также подойдет CuSO₄. С NaCl ионный обмен снова не пойдет по той же причине – нет движущей силы. А с BaCl₂ мы получим белый осадок BaSO₄. Так станет понятно, в какой колбе был BaCl₂.

Г) Здесь кислотные остатки солей одинаковы, однако отличаются катионы металлов. Именно это и нужно использовать. Чем отличаются Al и Mg? Тем, что Al амфотерный, а Mg нет. Поэтому мы можем использовать щелочь KOH. Сначала в обеих пробирках выпадут осадки Al(OH)₃ и Mg(OH)₂. Однако если мы продолжим добавлять KOH, то осадок Al(OH)₃ растворится, превратившись в прозрачный раствор K[Al(OH)₄]. С осадком Mg(OH)₂ при этом ничего не произойдет. Так действием KOH мы сможем различить эти два хлорида.

Ответ: 1, 5, 5, 2.

ИЛИ

Установите соответствие между реагирующими веществами и признаком протекающей между ними реакции: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. 

А) Литий активный металл, он реагирует с кислотами-неокислителями, вытесняя из них водород. Мы будем наблюдать выделение газа.

2Li + 2CH₃COOH → 2CH₃COOLi + H₂↑

Б) Спирты обладает слабыми кислотными свойствами, они слабее, чем у воды. Тем не менее их достаточно для взаимодействия с активными металлами. Спирты реагирует с ними так же, как кислоты – с выделением водорода, то есть газа.

2CH₃-CH(OH)-CH₃ + 2K → 2CH₃-CH(OK)-CH₃ + H₂↑

В) Гидроксид цинка в воде представляет собой осадок. Он обладает амфотерными свойствами и растворяется в том числе в кислотах. Мы будет наблюдать растворение осадка.

Zn(OH)₂ + 2CH₃COOH = Zn(CH₃COO)₂ + 2H₂O

Г) Ацетилен – непредельный углеводород с тройной связью. Реакция с бромной водой – это качественная реакция на двойные и тройные связи. В ходе этой реакции бром в бромной воде расходуется, поэтому происходит обесцвечивание раствора. Именно это мы и увидим.

CH≡CH + 2Br₂ → CHBr₂-CHBr₂

Ответ: 4, 4, 1, 5.

Задание 25.

Установите соответствие между веществом и основной областью его применения: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.

А) Метан – это важнейший природный источник энергии. Метан, как и другие углеводороды, можно сжигать и получать тепло. Поэтому метан используют в качестве топлива.

Б) Изопрен с формулой CH₂=C(CH₃)-CH=CH₂ является мономером каучука. Более того, изопреновый каучук – это именно натуральный каучук, который был известен задолго до первых методов получения синтетического каучука и активно добывался на рубеже 19-20 веков.

В) Пластмассы – это другое название для полимеров. Из этилена получают полимер полиэтилен или полиэтиленовые пластмассы.

Ответ: 2, 3, 4

ИЛИ

Установите соответствие между мономером и формулой соответствующего ему полимера: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой. 

А) Этен то же самое, что этилен: nCH₂=CH₂ → (-CH₂-CH₂-)_n

Б) Пропен то же самое, что пропилен: nCH₂=CH-CH₃ → (-CH₂-CH(CH₃)-)_n

В) Дивинил то же самое, что бутадиен-1,3: nCH₂=CH-CH=CH₂ → (-CH₂-CH=CH-CH₂-)_n

Ответ: 2, 1, 4.

ИЛИ

Установите соответствие между аппаратом химического производства и процессом, протекающим в этом аппарате: к каждой позиции, обозначенной буквой, подберите соответствующую позицию, обозначенную цифрой.
 

А) В технологической схеме производства серной кислоты в контактном аппарате происходит реакция SO₂ с О₂ с образованием SO₃. То есть окисление сернистого газа.

Б) В ректификационной колонне происходит разделение сырой нефти на фракции, то есть на компоненты, которые кипят в определенном интервале температур. Процесс иными словами называется перегонкой нефти.

В) В технологической схеме производства серной кислоты в поглотительной башне происходит поглощение SO₃ серной кислотой. Полученный раствор SO₃ в H₂SO₄ называется олеумом. Разбавлением олеума водой получают серную кислоту.

Ответ: 3, 1, 2.

Задание 26.

Вычислите массу нитрата калия (в граммах), которую следует растворить в 150 г раствора с массовой долей этой соли 10% для получения раствора с массовой долей 12%. (Запишите число с точностью до десятых.)

Найдем массу нитрата калия в первой колбе.

m(KNO₃) = 10 / 100% ∙ 150 (г) = 15 г

Пусть мы добавили x г KNO₃. Тогда масса нитрата калия во второй колбе станет равна (15 + х) г, а масса раствора тоже увеличится на х: (150 + х) г. Запишем выражение для массовой доли соли во второй колбе и приравняем ее к 12%.

(15 + х) / (150 + х) = 12 / 100%
15 + х = 18 + 0,12х
0,88х = 3
х = 3,4 г

Ответ: 3,4.  

Задание 27.

Синтез аммиака протекает в соответствии с термохимическим уравнением реакции

N₂(г) + 3Н₂(г) = 2NН₃(г) + 92 кДж.

Определите количество теплоты, которое выделится в результате образования 560 мл (н.у.) газообразного аммиака. (Запишите число с точностью до сотых.)

Найдем число моль аммиака в объеме 560 мл.

n(NH₃) = 560 (мл) / (1000 (мл/л) ∙ 22,4 (л/моль)) = 0,025 моль

Термохимическое уравнение говорит нам о том, что при образовании 2 моль аммиака выделяется 92 кДж теплоты, так как перед аммиаком коэффициент 2. А нам нужно найти теплоту, выделяющуюся при образовании 0,025 моль аммиака. Для этого нужно составить пропорцию:

2 моль – 92 кДж
0,025 моль – х кДж
х = 0,025 (моль) ∙ 92 (кДж) / 2 (моль) = 1,15 кДж

Ответ: 1,15 кДж.

Задание 28.

Из 150 кг природного известняка при взаимодействии с азотной кислотой был получен нитрат кальция массой 196,8 кг. Вычислите массовую долю (%) примесей в указанном известняке. (Запишите число с точностью до целых.)

Запишем уравнение реакции.

CaCO₃ + 2HNO₃ = Ca(NO₃)₂ + CO₂ + H₂O

Найдем число моль нитрата кальция.

n(Ca(NO₃)₂) = 196,8 (кг) ∙ 1000 (г/кг) / 164 (г/моль) = 1200 моль

Число моль чистого CaCO₃ в известняке равно числу моль нитрата кальция:

n(CaCO₃) = n(Ca(NO₃)₂) = 1200 моль

Найдем массу чистого CaCO₃:

m(CaCO₃) = 1200 (моль) ∙ 100 (г/моль) = 120000 г = 120 кг.

Масса примесей равна разнице между массой образца природного известняка и массой чистого CaCO₃:

m(примес.) = 150 (кг) – 120 (кг) = 30 кг

И тогда массовая доля примесей составит:

ω(примес.) = 30 (кг) / 150 (кг) ∙ 100% = 20%

Ответ: 20%.

ИЛИ

В результате реакции тримеризации ацетилена объёмом 26,88 л (н.у) получили 23,4 г бензола. Вычислите массовую долю выхода продукта реакции от теоретически возможного. (Запишите число с точностью до целых.)

Запишем реакцию.

3C₂H₂ = C₆H₆

Найдем массу бензола, которая получится, если весь ацетилен вступит в реакцию и превратится в бензол, то есть при 100%-ом выходе.

n(C₂H₂) = 26,88 (л) / 22,4 (л/моль) = 1,2 моль
n(C₆H₆) = 1/3 n(C₂H₂) = 1/3 ∙ 1,2 = 0,4 моль
m(C₆H₆) = 0,4 (моль) ∙ 78 (г/моль) = 31,2 г.

Однако выход в нашей реакции не 100%, мы получили не 31,2 г бензола, а 23,4 г. Тогда выход составит:

ω = m_{реальн.}(С₆Н₆) / m_100%(С₆Н₆) ∙ 100% = 23,4 (г) / 31,2 (г) ∙ 100% = 75%

Ответ: 75%.

Часть 2.

Для выполнения заданий 29 и 30 используйте следующий перечень веществ:

перманганат калия, гидрокарбонат натрия, сульфит натрия, сульфат бария, гидроксид калия, пероксид водорода.

Допустимо использование воды в качестве среды протекания реакции.

Задание 29.

Из предложенного перечня выберите вещества, между которыми окислительно-восстановительная реакция протекает с изменением цвета раствора. Выделение осадка или газа в ходе этой реакции не наблюдается. 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.

Выпишем вещества, которые могут быть окислителями и восстановителями.

Окислители: KMnO₄, Na₂SO₃, H₂O₂.
Восстановители: Na₂SO₃, H₂O₂.

Нам необходимо изменение цвета раствора, значит, в реакции участвует KMnO₄, потому что его раствор окрашен в розовый цвет. Он может быть только окислителем, потому у марганца максимальная степень окисления +7. Тогда восстановителем должен быть либо Na₂SO₃, либо H₂O₂. Если мы выберем H₂O₂, то продуктом окисления кислорода в пероксиде будет газ O₂, а у нас по условию газ не выделяется. Тогда остается Na₂SO₃. Среду реакции можно сделать щелочной, потому что у нас в списке есть KOH.

Na₂SO₃ + 2KMnO₄ + 2KOH = Na₂SO₄ + 2K₂MnO₄ + H₂O

S⁺⁴ – 2e^- → S⁺⁶ | 1 (восстановитель)
Mn⁺⁷ + 1e^- → Mn⁺⁶ | 2 (окислитель)

Задание 30.

Из предложенного перечня веществ выберите кислую соль и вещество, которое вступает с этой кислой солью в реакцию ионного обмена. Запишите молекулярное, полное и сокращённое ионное уравнения реакции с участием выбранных веществ.

Кислая соль у нас только одна – это гидрокарбонат натрия NaHCO₃. Такая кислая соль может вступать в два типа реакций ионного обмена. Либо ее можно нейтрализовать щелочью до средней соли, либо можно подействовать на нее более сильной кислотой, что приведет к вытеснению разлагающейся на СО₂ и Н₂О угольной кислоты H₂CO₃. Кислот у нас в списке нет, а вот щелочь есть. Поэтому можно записать:

2NaHCO₃ + 2KOH = Na₂CO₃ + K₂CO₃ + 2H₂O
2Na⁺ + 2HCO₃^- + 2K⁺ + 2OH^- = 2Na⁺ + CO₃^2- + 2H₂O
HCO₃^- + OH^- = CO₃^2- + H₂O

Задание 31.

При электролизе водного раствора нитрата меди(II) получили металл. Металл обработали концентрированной серной кислотой при нагревании. Выделившийся в результате газ прореагировал с сероводородом с образованием простого вещества. Это вещество нагрели с концентрированным раствором гидроксида калия. Напишите молекулярные уравнения четырёх описанных реакций.

Нитрат меди образован металлом, который находится в ряду напряжений после водорода, и кислородсодержащим кислотным остатком. Поэтому по правилам в результате электролиза мы получим металлическую медь на катоде и кислород на аноде.

2Cu(NO₃)₂ + 2H₂O → 2Cu↓ + 4HNO₃ + O₂↑

Металл, то есть медь, обработали концентрированной серной кислотой. Концентрированная серная кислота – это кислота-окислитель. Это означает, что в продуктах ее восстановления будет соединение, содержащее восстановленную серу. Учитывая, что медь – это не очень активный металл, таким соединением будет SO₂. Можно записать:

Cu + 2H₂SO₄ → CuSO₄ + SO₂↑ + 2H₂O

На фоне сильного восстановителя, которым является сероводород H₂S, SO₂ проявляет окислительные свойства. Продуктом будет простое вещество сера. Это пример реакции со- или конпропорционирования, когда атомы серы с разными степенями окисления (у нас -2 в H₂S и +4 в SO₂) дают в продуктах атом серы с промежуточной степенью окисления (то есть 0).

SO₂ + 2H₂S → 3S + 2H₂O

При нагревании в концентрированных растворах щелочей сера, как и некоторые другие неметаллы (P, Cl, Br, I), диспропорционирует. То есть сера со степенью окисления 0 превращается в соединения, где у нее степень окисления выше и ниже нуля (у нас -2 в K₂S и +4 в K₂SO₃).

3S + 6KOH → 2K₂S + K₂SO₃ + 3H₂O.

Задание 32.

Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

При написании уравнений реакций указывайте преимущественно образующиеся продукты, используйте структурные формулы органических веществ.

Если X₂ получается действием на X₁ натрия, то скорее всего это реакция Вюрца и тогда X₁ должен быть галогенпроизводным алкана. Получается, что X₁ образуется из пропана галогенированием. Мы знаем, что галогенирование пропана производится преимущественно по вторичному углероду. Для повышения вероятности этого маршрута пропан лучше бромировать, потому что хлорирование может дать существенное количество побочного 1-хлорпропана. Бром в этом плане более избирателен и дает преимущественно 2-бромпропан.

Далее X₂ – это результат реакции Вюрца, следовательно, это алкан. И этот алкан X₂ мы также получаем электролизом X₄. Единственный способ получить алкан электролизом в курсе ЕГЭ – это электролиз Кольбе. В такую реакцию необходимо брать соль карбоновой кислоты. Соль карбоновой кислоты X₄ мы получаем окислением X₃ посредством NaMnO₄ в щелочной среде. Можно таким образом окислять либо спирт, либо альдегид, либо непредельное соединение с двойной связью. Учитывая, что из самого правого соединения мы можем получить альдегид действием водного раствора щелочи, можно заключить, что X₃ – это альдегид. Осталось записать реакции.

Задание 33.

При сгорании органического вещества А массой 3,4 г получено 4,48 л (н.у.) углекислого газа и 1,8 г воды. Известно, что вещество А вступает в реакцию с раствором гидроксида лития при нагревании, в результате чего образуется предельный одноатомный спирт и соль, кислотный остаток которой содержит семь атомов углерода.

На основании данных условия задачи:

1) проведите необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин) и установите молекулярную формулу вещества А; 
2) составьте возможную структурную формулу вещества А, которая однозначно отражает порядок связи атомов в его молекуле; 
3) напишите уравнение реакции вещества А с раствором гидроксида лития при нагревании (используйте структурные формулы органических веществ).

A + O₂ = CO₂ + H₂O

Найдем число молей СО₂:

n(CO₂) = 4,48 (л) / 22,4 (л/моль) = 0,2 моль

Число моль атомов углерода равно числу молей СО₂.

n(C) = n(CO₂) = 0,2 моль

Найдем число молей воды.

n(H₂O) = 1,8 (г) / 18 (г/моль) = 0,1 моль

Число молей атомов водорода в два раза больше, чем число молей воды.

n(H) = 2n(H₂O) = 2 ∙ 0,1 (моль) = 0,2 моль.

Теперь необходимо проверить, если ли в соединении А кислород.

m(C) + m(H) + m(O) = m(A)
m(O) = m(A) – m(C) – m(H)
m(O) = 3,4 (г) – 0,2 (моль) ∙ 12 (г/моль) – 0,2 (моль) ∙ 1 (г/моль) = 3,4 (г) – 2,4 (г) – 0,2 (г) = 0,8 г

Кислород в соединении А есть, найдем его число моль.

n(O) = 0,8 (г) / 16 (г/моль) = 0,05 моль

Если соединение А имеет формулу C_xH_yO_z, то:

x : y : z = n(C) : n(H) : n(O) = 0,2 : 0,2 : 0,05.

Для приведения соотношения к целым числам делим каждое число на самое маленькое значение в соотношении:

0,2 : 0,2 : 0,05 = 4 : 4 : 1

Простейшая формула C₄H₄O. Смотрим на условие, в котором сказано, что при щелочном гидролизе соединения А образуются одноатомный предельный спирт и соль. Так при гидролизе в курсе ЕГЭ ведут себя только сложные эфиры. В сложных эфирах два атома кислорода, поэтому наша формула превращается в C₈H₈O₂. В кислотном остатке семь атомов углерода, кроме того, соотношении углерода и водорода таково, что указывает на большое число кратных связей, то есть бензольное кольцо. Бензольное кольцо, кислота и семь атомов углерода указываются на то, что наш сложный эфир образован бензойной кислотой. Тогда радикал в сложном эфире метильный, потому что на него остался только один углерод. Значит, веществом А будет метилбензоат, а реакция щелочного гидролиза запишется так:

Задание 34.

Смесь кальция и карбоната кальция, в которой массовая доля атомов кальция составляет 50%, растворили в 300 г соляной кислоты, взятой в избытке. При этом образовался раствор массой 330 г. Один из выделившихся газов был поглощён 400 г 4%-ного раствора гидроксида натрия. Вычислите массовую долю соли в образовавшемся после поглощения газа растворе. В ответе запишите уравнения реакций, которые указаны в условии задачи, и приведите все необходимые вычисления (указывайте единицы измерения и обозначения искомых физических величин).

В смеси кальция и карбоната кальция оба вещества реагируют с соляной кислотой.

Ca + 2HCl = CaCl₂ + H₂
CaCO₃ + 2HCl = CaCl₂ + CO₂ + H₂O

Пусть в исходной смеси было x моль Ca и y моль CaCO₃.

Масса раствора после реакции увеличилась на 30 г. Масса раствора HCl увеличилась за счет Ca и CaCO₃ и уменьшилась за счет H₂ и СО₂. То есть мы можем записать:

m(Ca) + m(CaCO₃) – m(H₂) – m(CO₂) = 30 г

Выразим все массы в этом выражении через x и y.

m(Ca) = 40x
m(CaCO₃) = 100y
m(H₂) = 2x
m(CO₂) = 44y

Выражение примет вид:

40x + 100y – 2x – 44y = 30 (1)

Это первое уравнение. Но у нас две переменных, поэтому для их нахождения нужно составить второе уравнение. Для этого используем информацию о массовой доле атомов кальция в 50%.

Масса Ca в CaCO₃ составит 40y. Тогда суммарная масса атомов кальция в смеси составит:

m(Ca) = 40x + 40y

А масса смеси составит:

m(смеси) = 40x + 100y

Выразим массовую долю кальция и приравняем ее к 50%:

(40х + 40y) / (40x + 100y) = 0,5 (2)

Это второе уравнение нашей системы. Если теперь решить уравнения (1) и (2), мы получим ответ:

n(Ca) = x = 0,2 моль
n(CaCO₃) = y = 0,4 моль

Определим теперь число моль выделившегося СО₂:

n(CO₂) = n(CaCO₃) = y = 0,4 моль

Только этот газ может быть поглощен щелочью, водород с щелочами не взаимодействует. Реакция СО₂ и NaOH может протекает по-разному:

CO₂ + 2NaOH = Na₂CO₃ + H₂O (1)
CO₂ + NaOH = NaHCO₃ (2)

Выбор реакции зависит от мольного соотношения CO₂ и NaOH. Поэтому необходимо рассчитать число моль NaOH.

m(NaOH) = 4/100% ∙ 400 г = 16 г
n(NaOH) = 16 (г) / 40 (г/моль) = 0,4 моль.

Мы видим, что n(CO₂) = n(NaOH) = 0,4 моль, следовательно, у нас протекает реакция (2).

n(NaHCO₃) = 0,4 моль
m(NaHCO₃) = 0,4 (моль) ∙ 84 (г/моль) = 33,6 г

Масса раствора NaOH увеличилась на массу прореагировавшего СО₂.

m(CO₂) = 0,4 (моль) ∙ 44 (г/моль) = 17,6 г
m_{кон. р-ра} = m_р-ра(NaOH) + m(CO₂) = 400 (г) + 17,6 (г) = 417,6 (г)

Осталось найти массовую долю соли:

ω(NaHCO₃) = 33,6 (г) / 417,6 (г) ∙ 100% = 8%

Ответ: 8%.