Задание №33 — Типы расчётных задач
Вещество А содержит 9,30% углерода, 5,43% водорода, 49,62% кислорода, 10,85% азота и 24,80% серы по массе. Известно, что вещество А образуется при восстановлении вещества Б цинком в присутствии серной кислоты.
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, протекающей при восстановлении вещества Б цинком в присутствии серной кислоты (используйте структурные формулы органических веществ).
Проверка решения с помощью ИИ доступна авторизованным пользователям
Решение.
1) Вычисления и молекулярная формула вещества А.
Возьмём образец массой 100 г; массы элементов численно равны массовым долям:
n(C) = 9,30 г / 12 г/моль = 0,775 моль; n(H) = 5,43 г / 1 г/моль = 5,43 моль; n(O) = 49,62 г / 16 г/моль = 3,101 моль; n(N) = 10,85 г / 14 г/моль = 0,775 моль; n(S) = 24,80 г / 32 г/моль = 0,775 моль.
Делим на наименьшее (0,775 моль):
n(C) : n(H) : n(O) : n(N) : n(S) = 1 : 7,01 : 4,00 : 1 : 1. Простейшая формула CH7NO4S, M = 129 г/моль.
Проверка: w(C) = 12 / 129 = 0,0930 (9,30 %); w(H) = 7 / 129 = 0,0543 (5,43 %); w(O) = 64 / 129 = 0,4961 (49,62 %); w(N) = 14 / 129 = 0,1085 (10,85 %); w(S) = 32 / 129 = 0,2481 (24,80 %) — все доли совпали.
Один атом серы и четыре атома кислорода образуют гидросульфат-ион HSO4−; на органическую часть остаётся CH3–NH3+. Вещество А — гидросульфат метиламмония, соль метиламина и серной кислоты. Метиламин получают восстановлением нитрометана (вещество Б) цинком в сернокислой среде, где амин сразу связывается в соль.
2) Структурная формула вещества А.
[CH3–NH3]+[HSO4]− — катион метиламмония и гидросульфат-анион.
3) Уравнение реакции восстановления вещества Б цинком в присутствии серной кислоты.
CH3–NO2 + 3Zn + 4H2SO4 → [CH3–NH3]HSO4 + 3ZnSO4 + 2H2O
Проверка: азот принимает 6 электронов (от +3 в нитрогруппе до −3 в аминогруппе), цинк отдаёт по 2, поэтому 3Zn; сера 4 = 1 + 3; водород 3 + 8 = 7 + 4 = 11; кислород 2 + 16 = 4 + 12 + 2 = 18.
Ответ: молекулярная формула вещества А — CH7NO4S (M = 129 г/моль); структурная формула — [CH3–NH3]+[HSO4]−; уравнение реакции: CH3–NO2 + 3Zn + 4H2SO4 → [CH3–NH3]HSO4 + 3ZnSO4 + 2H2O
Источник: ФИПИ