Номер 831, страница 196 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

831. В колбу поместили нитробензол, бромоводородную кислоту (избыток) и железные опилки. При этом образовалось органическое вещество X, массовая доля брома в котором равна 46,0 %.

а) Напишите уравнение протекающей реакции и назовите вещество X.

б) Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции вещества X со щелочью в водном растворе.

в) Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции вещества X с нитратом серебра в водном растворе.

Дано:

Реагенты: нитробензол ($C_6H_5NO_2$), бромоводородная кислота ($HBr$, избыток), железные опилки ($Fe$).

Продукт: органическое вещество X.

Массовая доля брома в веществе X, $\omega(Br) = 46,0 \% $.

Найти:

а) Уравнение реакции, название вещества X.

б) Молекулярное и ионное уравнения реакции X со щелочью.

в) Молекулярное и ионное уравнения реакции X с нитратом серебра.

Решение:

Реакция нитробензола с железными опилками в кислой среде является реакцией восстановления нитрогруппы до аминогруппы (реакция Зинина). В ходе реакции нитробензол ($C_6H_5NO_2$) восстанавливается до анилина ($C_6H_5NH_2$).

Поскольку реакция проводится в избытке бромоводородной кислоты, образовавшийся анилин, будучи основанием, вступает в реакцию с кислотой, образуя соль. Таким образом, вещество X — это бромид анилиния.

Проверим это предположение, рассчитав массовую долю брома в бромиде анилиния ($C_6H_5NH_3Br$).

Молекулярная формула вещества: $C_6H_8NBr$.

Молярная масса $M(C_6H_8NBr) = 6 \cdot Ar(C) + 8 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(N) + 1 \cdot Ar(Br) = 6 \cdot 12 + 8 \cdot 1 + 1 \cdot 14 + 1 \cdot 80 = 174$ г/моль.

Массовая доля брома в веществе X:

$\omega(Br) = \frac{Ar(Br)}{M(C_6H_8NBr)} \cdot 100\% = \frac{80}{174} \cdot 100\% \approx 45,98\%$.

Рассчитанное значение (45,98%) совпадает с данным в условии задачи (46,0%), следовательно, вещество X — это бромид анилиния ($C_6H_5NH_3Br$).

а) Напишите уравнение протекающей реакции и назовите вещество X.

Суммарное уравнение реакции восстановления нитробензола железом в бромоводородной кислоте с образованием соли:

$C_6H_5NO_2 + 3Fe + 7HBr \rightarrow C_6H_5NH_3Br + 3FeBr_2 + 2H_2O$

Вещество X — $C_6H_5NH_3Br$, называется бромид анилиния (или бромид фениламмония).

Ответ: Уравнение реакции: $C_6H_5NO_2 + 3Fe + 7HBr \rightarrow C_6H_5NH_3Br + 3FeBr_2 + 2H_2O$. Вещество X — бромид анилиния.

б) Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции вещества X со щелочью в водном растворе.

Бромид анилиния — это соль слабого основания (анилин) и сильной кислоты ($HBr$). При реакции с сильным основанием, например, гидроксидом натрия ($NaOH$), происходит вытеснение анилина из соли.

Молекулярное уравнение:

$C_6H_5NH_3Br + NaOH \rightarrow C_6H_5NH_2 \downarrow + NaBr + H_2O$

Сокращенное ионное уравнение:

$C_6H_5NH_3^+ + OH^- \rightarrow C_6H_5NH_2 \downarrow + H_2O$

Ответ: Молекулярное уравнение: $C_6H_5NH_3Br + NaOH \rightarrow C_6H_5NH_2 \downarrow + NaBr + H_2O$. Ионное уравнение: $C_6H_5NH_3^+ + OH^- \rightarrow C_6H_5NH_2 \downarrow + H_2O$.

в) Напишите молекулярное и ионное уравнения реакции вещества X с нитратом серебра в водном растворе.

Реакция бромида анилиния с нитратом серебра ($AgNO_3$) является качественной реакцией на бромид-ион. В результате реакции ионного обмена образуется нерастворимый в воде и кислотах осадок бромида серебра ($AgBr$) светло-желтого цвета.

Молекулярное уравнение:

$C_6H_5NH_3Br + AgNO_3 \rightarrow AgBr \downarrow + C_6H_5NH_3NO_3$

Сокращенное ионное уравнение:

$Ag^+ + Br^- \rightarrow AgBr \downarrow$

Ответ: Молекулярное уравнение: $C_6H_5NH_3Br + AgNO_3 \rightarrow AgBr \downarrow + C_6H_5NH_3NO_3$. Ионное уравнение: $Ag^+ + Br^- \rightarrow AgBr \downarrow$.