Номер 827, страница 194 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

827. Дана схема превращений:

$NO_2$ $NH_3Cl$ $NH_3NO_3$
[Бензольное кольцо] $\xrightarrow{X}$ [Бензольное кольцо] $\xrightarrow{Y}$ [Бензольное кольцо]

Могут ли реагентами X и Y быть:

а) Cu + HCl (изб.) и $AgNO_3$;

б) Fe + HCl (изб.) и $HNO_3$?

Ответ обоснуйте и приведите правильные реагенты X и Y.

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать каждую стадию химического превращения и оценить применимость предложенных реагентов.

Первая стадия (X) представляет собой восстановление нитробензола ($C_6H_5NO_2$) до соли амина — хлорида фениламмония ($C_6H_5NH_3Cl$). Этот процесс включает восстановление нитрогруппы до аминогруппы и её последующее взаимодействие с кислотой.

Вторая стадия (Y) — это реакция ионного обмена, в ходе которой хлорид-ион ($Cl^−$) в составе соли замещается на нитрат-ион ($NO_3^−$).

Данный набор реагентов не подходит. Для первой стадии (X) предложена система $Cu + HCl$. Медь является металлом, стоящим в электрохимическом ряду напряжений после водорода, поэтому она не способна вытеснять водород из соляной кислоты. Следовательно, эта система не может служить восстановителем для нитрогруппы в данных условиях. Хотя реагент для второй стадии (Y), нитрат серебра $AgNO_3$, является правильным, некорректность реагента X делает всю пару неподходящей.

Ответ: Нет, не могут.

Данный набор реагентов также не подходит. Реагент для первой стадии (X), $Fe + HCl$, является стандартным и эффективным восстановителем для нитросоединений (реакция Зинина). Железо реагирует с кислотой, образуя "водород в момент выделения", который восстанавливает нитрогруппу. Однако реагент для второй стадии (Y), азотная кислота $HNO_3$, выбран неверно. Хлорид фениламмония — соль, образованная слабой основой (анилин) и сильной кислотой (HCl). Добавление другой сильной кислоты ($HNO_3$) не приведет к реакции ионного обмена, так как отсутствует движущая сила реакции (не образуется осадок, газ или слабый электролит). Все ионы просто будут сосуществовать в растворе. Более того, азотная кислота является сильным окислителем и может привести к нежелательным побочным реакциям.

Ответ: Нет, не могут.

Таким образом, ни один из предложенных вариантов не является полностью корректным. Правильный подбор реагентов основан на химических свойствах соединений и продуктов реакции.

Обоснование и правильные реагенты:

Для первой стадии (X) необходимо провести восстановление нитробензола. Правильным реагентом является железо в избытке соляной кислоты. Образующийся в ходе восстановления анилин ($C_6H_5NH_2$) сразу реагирует с избытком кислоты, образуя хлорид фениламмония.
Уравнение реакции: $C_6H_5NO_2 + 3Fe + 7HCl \rightarrow C_6H_5NH_3Cl + 3FeCl_2 + 2H_2O$

Для второй стадии (Y) необходимо провести реакцию ионного обмена, заменив $Cl^−$ на $NO_3^−$. Для этого нужно использовать реагент, который свяжет хлорид-ионы в нерастворимое соединение. Таким реагентом является нитрат серебра ($AgNO_3$), который образует белый осадок хлорида серебра ($AgCl$), смещая равновесие в сторону продуктов.
Уравнение реакции: $C_6H_5NH_3Cl + AgNO_3 \rightarrow C_6H_5NH_3NO_3 + AgCl \downarrow$

Ответ: Правильными реагентами для данной схемы превращений являются: X — $Fe + HCl$ (изб.), Y — $AgNO_3$.