Номер 833, страница 197 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

833. Твердое, растворимое в воде органическое вещество $A$ при взаимодействии с водным раствором нитрата серебра образует белый творожистый осадок. При действии гидроксида калия на вещество $A$ образуется газ $B$. При сгорании $B$ образуются два газа — $C$ и $D$. При этом объем газа $C$ оказывается в два раза больше, чем объем газа $D$. Газ $C$ вызывает помутнение известковой воды. Газ $D$ не поглощается известковой водой. Предложите формулы веществ $A$—$D$. Напишите уравнения реакций.

Решение

1. Проанализируем свойства вещества А. Это твердое, растворимое в воде органическое вещество. При взаимодействии с водным раствором нитрата серебра ($AgNO_3$) образуется белый творожистый осадок. Эта качественная реакция указывает на наличие в веществе А хлорид-ионов ($Cl^-$). Белый творожистый осадок — это хлорид серебра ($AgCl$).

При действии на вещество А гидроксида калия ($KOH$), сильного основания, образуется газ В. Это характерная реакция для солей аммония. Поскольку вещество А органическое, оно является солью органического амина. Следовательно, вещество А — это гидрохлорид амина, и его общая формула может быть записана как $[R-NH_3]^+Cl^-$.

2. Определим состав газов С и D. Газ В, являясь амином ($R-NH_2$), при сгорании образует углекислый газ ($CO_2$), воду ($H_2O$) и азот ($N_2$).

Газ С вызывает помутнение известковой воды ($Ca(OH)_2$), что является качественной реакцией на углекислый газ. Следовательно, вещество С — это диоксид углерода ($CO_2$).

Реакция с известковой водой: $CO_2 + Ca(OH)_2 \rightarrow CaCO_3\downarrow + H_2O$.

Газ D не поглощается известковой водой. Из продуктов сгорания амина этому условию удовлетворяет азот ($N_2$). Следовательно, вещество D — это азот.

3. Установим формулу газа В. Газ В — это амин. По условию, при его сгорании объем газа С ($CO_2$) в два раза больше, чем объем газа D ($N_2$). Согласно закону Авогадро, при одинаковых условиях объемы газов относятся так же, как их количества вещества (моли). Таким образом, $n(CO_2) : n(N_2) = 2 : 1$.

Запишем общее уравнение сгорания первичного амина ($C_xH_yNH_2$):

$4C_xH_{2x+1}NH_2 + (6x+3)O_2 \rightarrow 4xCO_2 + (4x+6)H_2O + 2N_2$

Из уравнения видно, что отношение количества вещества $CO_2$ к $N_2$ равно $4x : 2$, или $2x : 1$.

По условию задачи, это отношение равно $2 : 1$.

$2x = 2 \implies x = 1$.

Это означает, что в молекуле амина В содержится один атом углерода. Простейший такой амин — метиламин, $CH_3NH_2$. Он является газом при обычных условиях (температура кипения -6.3°C). Таким образом, вещество В — это метиламин.

Проверим уравнение сгорания для метиламина ($CH_3NH_2$):

$4CH_3NH_2 + 9O_2 \rightarrow 4CO_2 + 10H_2O + 2N_2$

Отношение молей $n(CO_2) : n(N_2) = 4 : 2 = 2 : 1$, что полностью соответствует условию.

4. Определим формулу вещества А. Зная, что В — это метиламин ($CH_3NH_2$), а А — его гидрохлорид, мы можем установить формулу А. Это хлорид метиламмония, $CH_3NH_3Cl$ (или $[CH_3NH_3]^+Cl^-$). Хлорид метиламмония — это твердое кристаллическое вещество, хорошо растворимое в воде, что совпадает с описанием в задаче.

Ответ:

Формулы веществ:

A — $CH_3NH_3Cl$ (хлорид метиламмония)

B — $CH_3NH_2$ (метиламин)

C — $CO_2$ (диоксид углерода)

D — $N_2$ (азот)

Уравнения реакций:

1. Взаимодействие вещества А с нитратом серебра:

$CH_3NH_3Cl + AgNO_3 \rightarrow AgCl\downarrow + CH_3NH_3NO_3$

2. Действие гидроксида калия на вещество А с образованием газа В:

$CH_3NH_3Cl + KOH \rightarrow CH_3NH_2\uparrow + KCl + H_2O$

3. Сгорание газа В с образованием газов С и D:

$4CH_3NH_2 + 9O_2 \rightarrow 4CO_2 + 10H_2O + 2N_2$