Страница 138 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

4.44. Приведите уравнения реакций, соответствующие следующим цепочкам превращений:

$1) {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_6\mathrm{O}⟶{\mathrm{С}}_2{\mathrm{Н}}_4{\mathrm{О}}_2⟶{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_7{\mathrm{NO}}_7 ⟶{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_5\mathrm{NO}⟶{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_3\mathrm{N}⟶{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_7\mathrm{N}$

$2) {\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_7\mathrm{CI}⟶{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_7{\mathrm{N}}_3⟶{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_9\mathrm{N}⟶{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{16}\mathrm{NI}⟶{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{17}\mathrm{NO}⟶{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_6$

$3) {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_7\mathrm{N}⟶{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_6{\mathrm{N}}_2\mathrm{O}⟶{\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_8{\mathrm{N}}_2⟶{\mathrm{C}}_6{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{N}}_2⟶{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_6\mathrm{O}⟶{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_9\mathrm{N}$

$4) {\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_9\mathrm{NO}⟶{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_9\mathrm{N}⟶{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_8\mathrm{O}⟶{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_7\mathrm{Br}⟶{\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_7\mathrm{N}⟶{\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{11}\mathrm{N}$

$5) {\mathrm{C}}_2{\mathrm{H}}_7\mathrm{N}⟶{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_{1\mathrm{O}}\mathrm{NCl}⟶{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_9\mathrm{N}⟶{\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{12}\mathrm{NBr}⟶{\mathrm{C}}_4{\mathrm{H}}_{12}{\mathrm{N}}_2{\mathrm{O}}_3$

1) $C_2H_6O \rightarrow C_2H_4O_2 \rightarrow C_2H_7NO_2 \rightarrow C_2H_5NO \rightarrow C_2H_3N \rightarrow C_2H_7N$

Решение:

1. Окисление этанола (C₂H₆O) в уксусную кислоту (C₂H₄O₂):

$CH_3CH_2OH + [O] \xrightarrow{K_2Cr_2O_7, H_2SO_4} CH_3COOH$

2. Реакция уксусной кислоты с аммиаком с образованием ацетата аммония (C₂H₇NO₂):

$CH_3COOH + NH_3 \rightarrow CH_3COONH_4$

3. Дегидратация ацетата аммония при нагревании с образованием ацетамида (C₂H₅NO):

$CH_3COONH_4 \xrightarrow{t^\circ} CH_3CONH_2 + H_2O$

4. Дегидратация ацетамида с помощью водоотнимающего средства с образованием ацетонитрила (C₂H₃N):

$CH_3CONH_2 \xrightarrow{P_2O_5, t^\circ} CH_3CN + H_2O$

5. Восстановление ацетонитрила до этиламина (C₂H₇N):

$CH_3CN + 2H_2 \xrightarrow{Ni, t^\circ, p} CH_3CH_2NH_2$

Ответ: Уравнения реакций, соответствующие данной цепочке превращений, приведены выше. Исходное вещество - этанол, конечный продукт - этиламин.

2) $C_3H_7Cl \rightarrow C_3H_7N_3 \rightarrow C_3H_9N \rightarrow C_6H_{16}NI \rightarrow C_6H_{17}NO \rightarrow C_3H_6$

Решение:

1. Реакция 1-хлорпропана (C₃H₇Cl) с азидом натрия с образованием 1-азидопропана (C₃H₇N₃):

$CH_3CH_2CH_2Cl + NaN_3 \rightarrow CH_3CH_2CH_2N_3 + NaCl$

2. Восстановление 1-азидопропана до пропиламина (C₃H₉N):

$CH_3CH_2CH_2N_3 + 2H_2 \xrightarrow{Pt/C} CH_3CH_2CH_2NH_2 + N_2$

3. Реакция исчерпывающего метилирования пропиламина иодистым метилом с образованием иодида пропилтриметиламмония (C₆H₁₆NI):

$CH_3CH_2CH_2NH_2 + 3CH_3I \text{(изб.)} \xrightarrow{NaHCO_3} [CH_3CH_2CH_2N(CH_3)_3]I + NaI + H_2O + CO_2$

4. Реакция иодида пропилтриметиламмония с оксидом серебра(I) во влажной среде с образованием гидроксида пропилтриметиламмония (C₆H₁₇NO):

$2[CH_3CH_2CH_2N(CH_3)_3]I + Ag_2O + H_2O \rightarrow 2[CH_3CH_2CH_2N(CH_3)_3]OH + 2AgI \downarrow$

5. Элиминирование по Гофману при нагревании гидроксида пропилтриметиламмония с образованием пропена (C₃H₆):

$[CH_3CH_2CH_2N(CH_3)_3]OH \xrightarrow{t^\circ} CH_3CH=CH_2 + (CH_3)_3N + H_2O$

Ответ: Уравнения реакций, соответствующие данной цепочке превращений, приведены выше. Исходное вещество - 1-хлорпропан, конечный продукт - пропен.

3) $C_2H_7N \rightarrow C_2H_6N_2O \rightarrow C_2H_8N_2 \rightarrow C_5H_{12}N_2 \rightarrow C_3H_6O \rightarrow C_3H_9N$

Решение:

1. Реакция диметиламина (C₂H₇N) с азотистой кислотой с образованием N-нитрозодиметиламина (C₂H₆N₂O):

$(CH_3)_2NH + HONO \xrightarrow{NaNO_2, HCl} (CH_3)_2N-N=O + H_2O$

2. Восстановление N-нитрозодиметиламина до N,N-диметилгидразина (C₂H₈N₂):

$(CH_3)_2N-N=O + 4[H] \xrightarrow{Zn, CH_3COOH} (CH_3)_2N-NH_2 + H_2O$

3. Реакция конденсации N,N-диметилгидразина с ацетоном с образованием гидразона - ацетон-N,N-диметилгидразона (C₅H₁₂N₂):

$(CH_3)_2N-NH_2 + O=C(CH_3)_2 \rightarrow (CH_3)_2N-N=C(CH_3)_2 + H_2O$

4. Гидролиз гидразона в кислой среде с образованием ацетона (C₃H₆O):

$(CH_3)_2N-N=C(CH_3)_2 + H_2O \xrightarrow{H^+} (CH_3)_2C=O + (CH_3)_2N-NH_2$

5. Восстановительное аминирование ацетона с образованием изопропиламина (C₃H₉N):

$(CH_3)_2C=O + NH_3 + H_2 \xrightarrow{Ni, t^\circ} (CH_3)_2CH-NH_2 + H_2O$

Ответ: Уравнения реакций, соответствующие данной цепочке превращений, приведены выше. Исходное вещество - диметиламин, конечный продукт - изопропиламин.

4) $C_4H_9NO \rightarrow C_3H_9N \rightarrow C_3H_8O \rightarrow C_3H_7Br \rightarrow C_4H_7N \rightarrow C_4H_{11}N$

Решение:

1. Перегруппировка Гофмана бутанамида (C₄H₉NO) с образованием пропиламина (C₃H₉N):

$CH_3CH_2CH_2CONH_2 + Br_2 + 4NaOH \rightarrow CH_3CH_2CH_2NH_2 + Na_2CO_3 + 2NaBr + 2H_2O$

2. Реакция пропиламина с азотистой кислотой с образованием пропанола-1 (C₃H₈O):

$CH_3CH_2CH_2NH_2 + HONO \xrightarrow{NaNO_2, H_2SO_4} CH_3CH_2CH_2OH + N_2 \uparrow + H_2O$

3. Реакция пропанола-1 с бромоводородной кислотой с образованием 1-бромпропана (C₃H₇Br):

$CH_3CH_2CH_2OH + HBr \xrightarrow{H_2SO_4, t^\circ} CH_3CH_2CH_2Br + H_2O$

4. Нуклеофильное замещение атома брома на цианогруппу с образованием бутиронитрила (C₄H₇N):

$CH_3CH_2CH_2Br + KCN \xrightarrow{C_2H_5OH, t^\circ} CH_3CH_2CH_2CN + KBr$

5. Восстановление бутиронитрила до бутиламина (C₄H₁₁N):

$CH_3CH_2CH_2CN + 2H_2 \xrightarrow{LiAlH_4} CH_3CH_2CH_2CH_2NH_2$

Ответ: Уравнения реакций, соответствующие данной цепочке превращений, приведены выше. Исходное вещество - бутанамид, конечный продукт - бутиламин.

5) $C_2H_7N \rightarrow C_3H_{10}NCl \rightarrow C_3H_9N \rightarrow C_4H_{12}NBr \rightarrow C_4H_{12}N_2O_3$

Решение:

1. Алкилирование этиламина (C₂H₇N) хлорметаном с образованием соли - хлорида этилметиламмония (C₃H₁₀NCl):

$CH_3CH_2NH_2 + CH_3Cl \rightarrow [CH_3CH_2NH_2(CH_3)]Cl$

2. Выделение свободного амина - этилметиламина (C₃H₉N) - действием щелочи:

$[CH_3CH_2NH_2(CH_3)]Cl + NaOH \rightarrow CH_3CH_2NH(CH_3) + NaCl + H_2O$

3. Алкилирование этилметиламина бромметаном с образованием бромида этилдиметиламмония (C₄H₁₂NBr):

$CH_3CH_2NH(CH_3) + CH_3Br \rightarrow [CH_3CH_2N(CH_3)_2H]Br$

4. Реакция ионного обмена с нитратом серебра с образованием нитрата этилдиметиламмония (C₄H₁₂N₂O₃):

$[CH_3CH_2N(CH_3)_2H]Br + AgNO_3 \rightarrow [CH_3CH_2N(CH_3)_2H]NO_3 + AgBr \downarrow$

Ответ: Уравнения реакций, соответствующие данной цепочке превращений, приведены выше. Исходное вещество - этиламин, конечный продукт - нитрат этилдиметиламмония.

4.45. Рассчитайте плотность газовой смеси, полученной при сжигании триэтиламина в стехиометрическом количестве кислорода, после приведения её к нормальным условиям.

Дано:

Реакция: сжигание триэтиламина $((C_2H_5)_3N)$ в стехиометрическом количестве кислорода $(O_2)$.
Условия: нормальные условия (н.у.), что означает температуру $T = 273.15$ К ($0^\circ$C) и давление $p = 101325$ Па (1 атм).
Молярный объем газа при н.у.: $V_m = 22.4$ л/моль.

Найти:

Плотность газовой смеси $\rho_{смеси}$.

Решение:

1. Запишем уравнение реакции горения триэтиламина. Химическая формула триэтиламина - $(C_2H_5)_3N$ или в брутто-форме $C_6H_{15}N$. При полном сгорании органических соединений, содержащих углерод, водород и азот, в кислороде образуются углекислый газ $(CO_2)$, вода $(H_2O)$ и молекулярный азот $(N_2)$.

Сначала составим схему реакции и уравняем атомы C, H и N:

$C_6H_{15}N + O_2 \rightarrow 6CO_2 + 7.5H_2O + 0.5N_2$

Теперь уравняем атомы кислорода. В правой части уравнения $6 \cdot 2 + 7.5 = 19.5$ атомов кислорода. Следовательно, в левой части необходимо $19.5 / 2 = 9.75$ молекул $O_2$. Чтобы получить целочисленные стехиометрические коэффициенты, умножим все коэффициенты в уравнении на 4:

$4C_6H_{15}N + 39O_2 \rightarrow 24CO_2 + 30H_2O + 2N_2$

2. Определим состав конечной газовой смеси. По условию, сжигание проводится в стехиометрическом количестве кислорода, значит, все исходные вещества прореагировали полностью. Продукты реакции — это $CO_2$, $H_2O$ и $N_2$.

Смесь приводят к нормальным условиям (н.у.), при которых температура составляет 0°C. При этой температуре вода $(H_2O)$ конденсируется и находится в жидком состоянии, поэтому в состав газовой смеси она не входит. Газовая смесь состоит только из углекислого газа $(CO_2)$ и азота $(N_2)$.

3. Найдем молярное соотношение газов в полученной смеси. Согласно уравнению реакции, из 4 моль триэтиламина образуется 24 моль $CO_2$ и 2 моль $N_2$.

Таким образом, молярное соотношение газов в смеси составляет:

$n(CO_2) : n(N_2) = 24 : 2 = 12 : 1$

4. Рассчитаем среднюю молярную массу $(M_{ср})$ газовой смеси. Она вычисляется как средневзвешенное значение молярных масс компонентов с учетом их мольных долей.

Молярные массы газов: $M(CO_2) = 12 + 2 \cdot 16 = 44$ г/моль; $M(N_2) = 2 \cdot 14 = 28$ г/моль.

Всего в смеси $12 + 1 = 13$ молярных частей.

$M_{ср} = \frac{12 \cdot M(CO_2) + 1 \cdot M(N_2)}{12 + 1} = \frac{12 \cdot 44 \text{ г/моль} + 1 \cdot 28 \text{ г/моль}}{13}$

$M_{ср} = \frac{528 + 28}{13} = \frac{556}{13}$ г/моль $\approx 42.77$ г/моль.

5. Рассчитаем плотность газовой смеси $(\rho_{смеси})$ при нормальных условиях. Плотность газа при н.у. равна отношению его молярной массы к молярному объему $(V_m = 22.4$ л/моль).

$\rho = \frac{M_{ср}}{V_m}$

$\rho_{смеси} = \frac{556/13 \text{ г/моль}}{22.4 \text{ л/моль}} = \frac{556}{13 \cdot 22.4} = \frac{556}{291.2}$ г/л $\approx 1.9093$ г/л.

Округляя результат до сотых, получаем 1.91 г/л.

Ответ: плотность газовой смеси при нормальных условиях составляет 1.91 г/л.

4.46. В смеси, состоящей из азота, метиламина и метана, количество атомов азота в 4 раза меньше числа атомов водорода. Если пропустить эту смесь через серную кислоту, то объём газа уменьшится в 2 раза. Рассчитайте массовые доли компонентов в исходной смеси.

Дано:

Смесь газов: азот ($N_2$), метиламин ($CH_3NH_2$), метан ($CH_4$).

Соотношение числа атомов: $N_{атомов}(H) = 4 \cdot N_{атомов}(N)$.

Изменение объёма после пропускания через $H_2SO_4$: $V_{конечный} = V_{начальный} / 2$.

Найти:

Массовые доли компонентов в исходной смеси: $\omega(N_2)$, $\omega(CH_3NH_2)$, $\omega(CH_4)$.

Решение:

1. При пропускании смеси газов через раствор серной кислоты ($H_2SO_4$) происходит реакция с метиламином, который обладает основными свойствами. Азот и метан с серной кислотой не реагируют.

Уравнение реакции:

$2CH_3NH_2 + H_2SO_4 \rightarrow (CH_3NH_3)_2SO_4$

2. По закону Авогадро, при одинаковых условиях объёмные доли газов в смеси равны их мольным долям. Уменьшение объёма газа в 2 раза означает, что объём прореагировавшего метиламина равен половине начального объёма смеси.

$V(CH_3NH_2) = V_{начальный} - V_{конечный} = V_{начальный} - \frac{V_{начальный}}{2} = \frac{1}{2}V_{начальный}$

Следовательно, мольная доля метиламина в смеси составляет 50%, или 0.5.

$\chi(CH_3NH_2) = 0.5$

Сумма мольных долей азота и метана также равна 0.5:

$\chi(N_2) + \chi(CH_4) = 1 - 0.5 = 0.5$

3. Для удобства расчётов примем общее количество вещества в смеси за 1 моль. Тогда:

$n(CH_3NH_2) = 0.5$ моль

$n(N_2) + n(CH_4) = 0.5$ моль

Пусть $n(N_2) = x$ моль, тогда $n(CH_4) = (0.5 - x)$ моль.

4. Используем второе условие задачи: количество атомов водорода в 4 раза больше количества атомов азота. Это соотношение справедливо и для количеств вещества атомов:

$n_{атомов}(H) = 4 \cdot n_{атомов}(N)$

Выразим количество вещества атомов азота и водорода через $x$:

Количество вещества атомов азота ($N$):

$n_{атомов}(N) = 2 \cdot n(N_2) + 1 \cdot n(CH_3NH_2) = 2x + 1 \cdot 0.5 = 2x + 0.5$

Количество вещества атомов водорода ($H$):

$n_{атомов}(H) = 5 \cdot n(CH_3NH_2) + 4 \cdot n(CH_4) = 5 \cdot 0.5 + 4 \cdot (0.5 - x) = 2.5 + 2 - 4x = 4.5 - 4x$

5. Составим и решим уравнение:

$4.5 - 4x = 4 \cdot (2x + 0.5)$

$4.5 - 4x = 8x + 2$

$12x = 2.5$

$x = \frac{2.5}{12} = \frac{5}{24}$

6. Теперь найдём количество вещества каждого компонента в 1 моль смеси:

$n(N_2) = x = \frac{5}{24}$ моль

$n(CH_3NH_2) = 0.5 = \frac{12}{24}$ моль

$n(CH_4) = 0.5 - x = \frac{12}{24} - \frac{5}{24} = \frac{7}{24}$ моль

7. Рассчитаем массы компонентов, используя их молярные массы:

$M(N_2) = 28$ г/моль

$M(CH_3NH_2) = 12 + 1 \cdot 3 + 14 + 1 \cdot 2 = 31$ г/моль

$M(CH_4) = 12 + 1 \cdot 4 = 16$ г/моль

$m(N_2) = n(N_2) \cdot M(N_2) = \frac{5}{24} \cdot 28 = \frac{140}{24} = \frac{35}{6}$ г

$m(CH_3NH_2) = n(CH_3NH_2) \cdot M(CH_3NH_2) = \frac{12}{24} \cdot 31 = 0.5 \cdot 31 = 15.5$ г

$m(CH_4) = n(CH_4) \cdot M(CH_4) = \frac{7}{24} \cdot 16 = \frac{112}{24} = \frac{14}{3}$ г

8. Найдём общую массу смеси:

$m_{смеси} = m(N_2) + m(CH_3NH_2) + m(CH_4) = \frac{35}{6} + 15.5 + \frac{14}{3} = \frac{35}{6} + \frac{93}{6} + \frac{28}{6} = \frac{156}{6} = 26$ г

9. Рассчитаем массовые доли компонентов:

$\omega(N_2) = \frac{m(N_2)}{m_{смеси}} = \frac{35/6}{26} = \frac{35}{156} \approx 0.2244$

$\omega(CH_3NH_2) = \frac{m(CH_3NH_2)}{m_{смеси}} = \frac{15.5}{26} = \frac{31/2}{26} = \frac{31}{52} \approx 0.5962$

$\omega(CH_4) = \frac{m(CH_4)}{m_{смеси}} = \frac{14/3}{26} = \frac{14}{78} = \frac{7}{39} \approx 0.1794$

Переведём в проценты:

$\omega(N_2) \approx 22.44\%$

$\omega(CH_3NH_2) \approx 59.62\%$

$\omega(CH_4) \approx 17.94\%$

Ответ: Массовая доля азота $\omega(N_2) = 35/156 \approx 22.44\%$; массовая доля метиламина $\omega(CH_3NH_2) = 31/52 \approx 59.62\%$; массовая доля метана $\omega(CH_4) = 7/39 \approx 17.94\%$.

4.47. Органическую соль массой 2,8 г, в состав которой входят атомы четырёх элементов, обработали избытком раствора щёлочи, при этом выделился газ объёмом 0,611 л (25 $°\mathrm{C}$, 1 атм). После пропускания газа через трубку с избытком оксида меди(II) при 250 $°\mathrm{C}$ и отделения образовавшейся воды (1,125 г) плотность продуктов окисления по воздуху составила 1,333. При добавлении избытка нитрата серебра к раствору исходной соли такой же массы выпал осадок. Определите возможную структурную формулу органического соединения и массу выпавшего осадка. Запишите уравнения реакций.

Дано:

m(соль) = 2,8 г

V(газ) = 0,611 л

T(газ) = 25 °C

p(газ) = 1 атм

m(H₂O) = 1,125 г

D_воздух(продуктов окисления) = 1,333

Средняя молярная масса воздуха M(воздух) ≈ 29 г/моль

Перевод в систему СИ:

T(газ) = 25 + 273,15 = 298,15 К

p(газ) = 1 атм = 101325 Па

V(газ) = 0,611 л = $0,611 \cdot 10^{-3}$ м³

Найти:

Структурная формула соли - ?

m(осадок) - ?

Уравнения реакций - ?

Решение:

1. Органическая соль при обработке щёлочью выделяет газ. Это характерно для солей аммония или аминов. Определим количество вещества (моль) выделившегося газа, используя уравнение состояния идеального газа:

$n(\text{газ}) = \frac{p \cdot V}{R \cdot T} = \frac{1 \text{ атм} \cdot 0,611 \text{ л}}{0,082 \frac{\text{л} \cdot \text{атм}}{\text{моль} \cdot \text{К}} \cdot 298,15 \text{ К}} \approx 0,025 \text{ моль}$

2. Газ пропустили через избыток оксида меди(II), что является реакцией окисления. Продуктами являются вода и другие вещества. Найдем количество вещества воды:

$n(\text{H}_2\text{O}) = \frac{m(\text{H}_2\text{O})}{M(\text{H}_2\text{O})} = \frac{1,125 \text{ г}}{18 \text{ г/моль}} = 0,0625 \text{ моль}$

Количество вещества атомов водорода в газе:

$n(\text{H}) = 2 \cdot n(\text{H}_2\text{O}) = 2 \cdot 0,0625 \text{ моль} = 0,125 \text{ моль}$

Соотношение молей атомов водорода к молям газа:

$\frac{n(\text{H})}{n(\text{газ})} = \frac{0,125 \text{ моль}}{0,025 \text{ моль}} = 5$

Следовательно, в одной молекуле газа содержится 5 атомов водорода.

3. Газ, выделяющийся при действии щелочи на органическую соль, скорее всего, является амином (CₓHᵧNₐ) или аммиаком. При его окислении образуются $CO_2$, $N_2$ и $H_2O$. После отделения воды остаются $CO_2$ и $N_2$. Найдем среднюю молярную массу этой газовой смеси по её плотности по воздуху:

$M(\text{смеси}) = D_{\text{воздух}} \cdot M(\text{воздух}) = 1,333 \cdot 29 \text{ г/моль} \approx 38,66 \text{ г/моль}$

Предположим, что газ является первичным амином ($a=1$), тогда его формула CₓH₅N. Уравнение окисления:

$2C_xH_5N + \text{CuO} \rightarrow 2xCO_2 + 5H_2O + N_2 + \text{Cu}$

Из уравнения видно, что на $2x$ моль $CO_2$ образуется 1 моль $N_2$. Молярную массу смеси можно выразить через мольные доли компонентов:

$M(\text{смеси}) = \frac{n(CO_2) \cdot M(CO_2) + n(N_2) \cdot M(N_2)}{n(CO_2) + n(N_2)} = \frac{2x \cdot 44 + 1 \cdot 28}{2x + 1}$

$\frac{88x + 28}{2x + 1} = 38,66$

$88x + 28 = 38,66 \cdot (2x + 1) = 77,32x + 38,66$

$10,68x = 10,66$

$x \approx 1$

Таким образом, формула газа – CH₅N, что соответствует метиламину (CH₃NH₂).

4. Раз газ – метиламин, то исходная соль является солью метиламмония, с катионом [CH₃NH₃]⁺. Реакция с щёлочью происходит по схеме 1:1, значит $n(\text{соль}) = n(\text{газ}) = 0,025 \text{ моль}$.

Найдем молярную массу соли:

$M(\text{соль}) = \frac{m(\text{соль})}{n(\text{соль})} = \frac{2,8 \text{ г}}{0,025 \text{ моль}} = 112 \text{ г/моль}$

В состав соли входят 4 элемента. Катион [CH₃NH₃]⁺ содержит C, H, N. Четвертый элемент должен входить в состав аниона. При добавлении нитрата серебра к раствору соли выпадает осадок, что указывает на наличие в соли галогенид-иона (Cl⁻, Br⁻, I⁻).

Рассчитаем молярную массу аниона A⁻:

$M(A⁻) = M(\text{соль}) - M([CH_3NH_3]⁺) = 112 - (12,01 + 5 \cdot 1,01 + 14,01) \approx 112 - 31,07 = 80,93 \text{ г/моль}$

Эта масса соответствует аниону брома Br⁻ (M ≈ 80 г/моль). Следовательно, исходная соль – бромид метиламмония CH₃NH₃Br.

5. При добавлении избытка нитрата серебра к раствору бромида метиламмония выпадает осадок бромида серебра (AgBr):

$CH_3NH_3Br + AgNO_3 \rightarrow AgBr \downarrow + CH_3NH_3NO_3$

Из уравнения реакции следует, что $n(AgBr) = n(CH_3NH_3Br) = 0,025 \text{ моль}$.

Найдем массу осадка:

$m(AgBr) = n(AgBr) \cdot M(AgBr) = 0,025 \text{ моль} \cdot (108 + 80) \text{ г/моль} = 0,025 \cdot 188 = 4,7 \text{ г}$

Определите возможную структурную формулу органического соединения и массу выпавшего осадка.

На основании проведенных расчетов установлено, что выделившийся газ – метиламин (CH₃NH₂), а исходное вещество – его соль. Расчет молярной массы соли (112 г/моль) и качественная реакция на галогенид-ионы позволили идентифицировать анион как бромид-ион. Таким образом, искомое соединение – бромид метиламмония. При реакции этого соединения с нитратом серебра образуется осадок бромида серебра, масса которого рассчитывается исходя из количества вещества исходной соли.

Ответ: Возможная структурная формула органического соединения – бромид метиламмония: $CH_3NH_3Br$ (или в виде ионной пары $[CH_3-NH_3]^+ Br^−$). Масса выпавшего осадка (AgBr) составляет 4,7 г.

Запишите уравнения реакций.

1. Реакция исходной соли с щёлочью (на примере NaOH):

$CH_3NH_3Br + NaOH \rightarrow CH_3NH_2 \uparrow + NaBr + H_2O$

2. Окисление выделившегося газа (метиламина) оксидом меди(II):

$2CH_3NH_2 + 9CuO \xrightarrow{250^{\circ}C} 2CO_2 + 5H_2O + N_2 + 9Cu$

3. Реакция исходной соли с нитратом серебра:

$CH_3NH_3Br + AgNO_3 \rightarrow AgBr \downarrow + CH_3NH_3NO_3$