Номер 10, страница 126 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

10. Формулы веществ X и Y в схеме превращений

$\text{X} \xleftarrow{\text{HNO}_3} \text{C}_6\text{H}_6 \xrightarrow{\text{+Br}_2}{\text{кат.}} \text{Y}$

соответственно

1) $\text{C}_6\text{H}_5\text{NO}_2$ и $\text{C}_6\text{H}_6\text{Br}_6$

2) $\text{CH}_3\text{NO}_2$ и $\text{C}_6\text{H}_4\text{Br}_2$

3) $\text{C}_6\text{H}_5\text{NO}_2$ и $\text{C}_6\text{H}_5\text{Br}$

4) $\text{C}_6\text{H}_5\text{NH}_2$ и $\text{C}_6\text{H}_5\text{Br}$

Решение

В представленной схеме превращений исходным веществом является бензол ($C_6H_6$). Необходимо определить формулы веществ X и Y, которые получаются из бензола в двух разных реакциях.

1. Определение вещества X.
Вещество X образуется в результате реакции бензола с азотной кислотой ($HNO_3$). Это реакция нитрования, которая относится к реакциям электрофильного замещения в ароматическом ядре. В ходе этой реакции атом водорода в молекуле бензола замещается на нитрогруппу ($-NO_2$). Реакция обычно протекает в присутствии концентрированной серной кислоты в качестве катализатора и водоотнимающего средства.
Уравнение реакции:
$C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} C_6H_5NO_2 + H_2O$
Таким образом, вещество X — это нитробензол, его формула $C_6H_5NO_2$.

2. Определение вещества Y.
Вещество Y образуется при взаимодействии бензола с бромом ($Br_2$) в присутствии катализатора (обозначено как "кат."). Это реакция галогенирования (бромирования), которая также является реакцией электрофильного замещения. В качестве катализаторов в таких реакциях используют кислоты Льюиса, например, бромид железа(III) ($FeBr_3$) или бромид алюминия ($AlBr_3$). В результате атом водорода в бензольном кольце замещается на атом брома.
Уравнение реакции:
$C_6H_6 + Br_2 \xrightarrow{FeBr_3} C_6H_5Br + HBr$
Таким образом, вещество Y — это бромбензол, его формула $C_6H_5Br$.

Итак, мы установили, что вещество X — это $C_6H_5NO_2$, а вещество Y — это $C_6H_5Br$.
Сравним полученные результаты с предложенными вариантами ответа:
1) $C_6H_5NO_2$ и $C_6H_6Br_6$ — неверно, так как $C_6H_6Br_6$ (гексабромциклогексан) является продуктом реакции присоединения брома к бензолу под действием УФ-облучения, а не каталитического замещения.
2) $CH_3NO_2$ и $C_6H_4Br_2$ — неверно, нитрометан не образуется из бензола, а дибромбензол является продуктом дальнейшего бромирования.
3) $C_6H_5NO_2$ и $C_6H_5Br$ — верно.
4) $C_6H_5NH_2$ и $C_6H_5Br$ — неверно, так как вещество X — анилин, который получают восстановлением нитробензола, а не напрямую из бензола в одну стадию.

Следовательно, правильный вариант ответа — 3.

Ответ: 3