Химия ЕГЭ — решения заданий ФИПИ с ответами

При нагревании метилацетата с гидроксидом кальция происходит щелочной гидролиз. Образуется ацетат кальция X_1.$$2\mathrm{CH_3COOCH_3}+\mathrm{Ca(OH)_2}\xrightarrow{t}\mathrm{(CH_3COO)_2Ca}+2\mathrm{CH_3OH}$$

Ацетат кальция при сухой перегонке превращается в пропанон X_2.$$\mathrm{(CH_3COO)_2Ca}\xrightarrow{t}\mathrm{CH_3COCH_3+CaCO_3}$$

Пропаналь в щелочной среде окисляется перманганатом калия до пропионата калия. Поэтому \(X_1\) — пропионат калия.$$3\mathrm{CH_3CH_2CHO}+2\mathrm{KMnO_4}+\mathrm{KOH}\rightarrow3\mathrm{CH_3CH_2COOK}+2\mathrm{MnO_2}+2\mathrm{H_2O}$$

При нагревании пропионат калия со щёлочью претерпевает декарбоксилирование. Образуется этан, поэтому \(X_2\) — этан.$$\mathrm{CH_3CH_2COOK}+\mathrm{KOH}\xrightarrow{t^\circ}\mathrm{CH_3CH_3}+\mathrm{K_2CO_3}$$

Толуол при окислении водным раствором перманганата калия при нагревании превращается в бензойную кислоту. Следовательно, $X_1$ — бензойная кислота.$$\mathrm{C_6H_5CH_3 + 2KMnO_4 \xrightarrow{H_2O,\ t^\circ} C_6H_5COOK + 2MnO_2 + KOH + H_2O}$$

Из бензоата калия сначала получают бензойную кислоту, затем её соль натрия подвергают декарбоксилированию при нагревании с натронной известью.$$\mathrm{C_6H_5COONa + NaOH \xrightarrow{CaO,\ t^\circ} C_6H_6 + Na_2CO_3}$$

Вещество $X_1$ — бензол. При алкилировании бензола бромэтаном в присутствии бромида алюминия образуется этилбензол, поэтому $X_2 = \mathrm{C_6H_5-CH_2-CH_3}$.$$\mathrm{C_6H_6 + C_2H_5Br \xrightarrow{AlBr_3} C_6H_5-CH_2-CH_3 + HBr}$$

Этилбензол можно также получить из бромбензола реакцией Вюрца—Фиттига с бромэтаном и натрием.$$\mathrm{C_6H_5Br + C_2H_5Br + 2Na \xrightarrow{эфир} C_6H_5-CH_2-CH_3 + 2NaBr}$$

При гидрировании бензола избытком водорода на платиновом катализаторе образуется циклогексан. Поэтому $X_1$ — бензол, а $X_2$ — циклогексан.$$\mathrm{C_6H_6 + 3H_2 \xrightarrow[\text{избыток}]{Pt} C_6H_{12}}$$

Циклогексан вступает в реакцию радикального замещения с бромом на свету, образуя бромциклогексан.$$\mathrm{C_6H_{12} + Br_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_{11}Br + HBr}$$

Проверим разложение $\mathrm{Mg(NO_3)_2}$: магний и азот сохраняют степени окисления, а кислород частично восстанавливается, образуя $\mathrm{O_2}$, поэтому реакция является окислительно-восстановительной.$$\mathrm{2Mg(NO_3)_2 \rightarrow 2MgO + 4NO_2 + O_2}$$

При разложении $\mathrm{KClO_3}$ хлор изменяет степень окисления с $+5$ до $-1$, а кислород — с $-2$ до $0$. Следовательно, это окислительно-восстановительная реакция.$$\mathrm{2KClO_3 \rightarrow 2KCl + 3O_2}$$

При взаимодействии трет-бутанола с бромоводородом гидроксильная группа замещается на бром. Поэтому $X_3$ — трет-бутилбромид.$$\mathrm{(CH_3)_3C{-}OH + HBr \rightarrow (CH_3)_3C{-}Br + H_2O}$$

Трет-бутилбромид при нагревании в присутствии спиртового раствора щёлочи отщепляет бромоводород с образованием 2-метилпропена.$$\mathrm{(CH_3)_3C{-}Br + KOH \xrightarrow{t^\circ,\ спиртовой\ раствор} (CH_3)_2C{=}CH_2 + KBr + H_2O}$$

Ацетилен при нагревании на активированном угле подвергается тримеризации с образованием бензола.$$3\mathrm{HC}\equiv\mathrm{CH}\xrightarrow[\text{активированный уголь}]{t^\circ}\mathrm{C_6H_6}$$

Бензол алкилируют хлорметаном в присутствии безводного хлорида алюминия. Образуется толуол.$$\mathrm{C_6H_6+CH_3Cl\xrightarrow{AlCl_3}C_6H_5CH_3+HCl}$$

Исходное вещество является соседним двухатомным спиртом. При действии цинка гидроксильные группы замещаются образованием двойной связи.$$\mathrm{CH_3-CH(OH)-CH(OH)-CH_3 + Zn \rightarrow CH_3-CH=CH-CH_3 + Zn(OH)_2}$$

Полученный бутен-2 окисляется горячим подкисленным раствором перманганата калия с расщеплением двойной связи. Образуются две молекулы уксусной кислоты.$$\mathrm{CH_3-CH=CH-CH_3 + 4[O] \xrightarrow{KMnO_4,\ H_2SO_4,\ t} 2CH_3-C(=O)OH}$$

Ацетилен присоединяет водород по тройной связи:$$\mathrm{C_2H_2 + H_2 \rightarrow C_2H_4}$$

Присоединение водорода к непредельному углеводороду называется гидрированием, поэтому реакция относится к реакциям присоединения и гидрирования.

При мягком окислении бутена-2 холодным водным раствором перманганата калия по двойной связи образуется двухатомный спирт — бутан-2,3-диол.$$\mathrm{CH_3-CH=CH-CH_3 + [O] + H_2O \xrightarrow{KMnO_4,\ 0^\circ C} CH_3-CH(OH)-CH(OH)-CH_3}$$

В бутан-2,3-диоле гидроксильные группы замещаются атомами брома под действием двух эквивалентов бромоводорода.$$\mathrm{CH_3-CH(OH)-CH(OH)-CH_3 + 2HBr \rightarrow CH_3-CHBr-CHBr-CH_3 + 2H_2O}$$

К бутену-1 присоединяют бром. Образуется 1,2-дибромбутан — вещество $X_1$.$$\mathrm{CH_2{=}CHCH_2CH_3 + Br_2 \rightarrow CH_2BrCHBrCH_2CH_3}$$

Двойное дегидрогалогенирование 1,2-дибромбутана амидом натрия приводит к бутину-1.$$\mathrm{CH_2BrCHBrCH_2CH_3 + 2NaNH_2 \xrightarrow{NH_3} HC{\equiv}CCH_2CH_3 + 2NaBr + 2NH_3}$$

Для решения задания необходимо видеть схему превращений и формулы веществ, указанные между стрелками.

На предоставленном изображении область со схемой превращений пуста; исходные вещества, промежуточные соединения и конечные продукты не указаны.

При каталитическом гидрировании бензола образуется циклогексан, поэтому X_1 — циклогексан.$$\mathrm{C_6H_6 + 3H_2 \xrightarrow[никтель]{t,\ p} C_6H_{12}}$$

Циклогексан хлорируют на свету. Образуется преимущественно хлорциклогексан, поэтому X_2 — хлорциклогексан.$$\mathrm{C_6H_{12} + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_6H_{11}Cl + HCl}$$

Окисляем боковую цепь толуола перманганатом калия в щелочной среде. Образуется бензоат калия.$$\mathrm{C_6H_5CH_3 + 2KMnO_4 \rightarrow C_6H_5COOK + 2MnO_2\downarrow + KOH + H_2O}$$

При нагревании бензоат калия со щёлочью подвергается декарбоксилированию. Поэтому $X_1$ — бензол.$$\mathrm{C_6H_5COOK + KOH \xrightarrow{t} C_6H_6 + K_2CO_3}$$

При гидрировании фенола в присутствии избытка водорода бензольное кольцо насыщается, образуется циклогексанол:$$\mathrm{C_6H_5OH + 3H_2 ->[Ni] C_6H_{11}OH}$$

Циклогексанол реагирует с бромоводородом с образованием бромциклогексана:$$\mathrm{C_6H_{11}OH + HBr -> C_6H_{11}Br + H_2O}$$

При действии гидроксида кальция метилацетат подвергается щелочному гидролизу. Образуются ацетат кальция и метанол.$$2\mathrm{CH_3COOCH_3}+\mathrm{Ca(OH)_2}\rightarrow(\mathrm{CH_3COO})_2\mathrm{Ca}+2\mathrm{CH_3OH}$$

При нагревании ацетат кальция подвергается кетонному декарбоксилированию с образованием ацетона.$$(\mathrm{CH_3COO})_2\mathrm{Ca}\xrightarrow{t^\circ}\mathrm{CH_3COCH_3}+\mathrm{CaCO_3}$$

При дегидроциклизации $n$-октана образуется этилбензол. Это вещество является $X_1$.$$\mathrm{CH_3(CH_2)_6CH_3 \xrightarrow[\ t\ ]{Pt} C_6H_5CH_2CH_3 + 4H_2}$$

Этилбензол нитруют. Этильная группа ориентирует заместитель преимущественно в орто- и пара-положения; в схеме указан пара-изомер.$$\mathrm{C_6H_5CH_2CH_3 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} p\text{-}NO_2C_6H_4CH_2CH_3 + H_2O}$$

Восстановлением бензольного кольца фенола водородом получают циклогексанол. Это вещество является $X_1$.$$\mathrm{C_6H_5OH + 3H_2 \xrightarrow{Ni,\ t} C_6H_{11}OH}$$

При нагревании циклогексанола с концентрированной серной кислотой отщепляется вода, образуется циклогексен.$$\mathrm{C_6H_{11}OH \xrightarrow{H_2SO_4,\ t} C_6H_{10} + H_2O}$$

При нагревании этанола с концентрированной серной кислотой происходит внутримолекулярная дегидратация с образованием этена:$$\mathrm{CH_3-CH_2-OH \xrightarrow[180\ ^\circ C]{H_2SO_4\ (конц.)} CH_2=CH_2 + H_2O}$$

Этен окисляется холодным водным раствором перманганата калия до этан-1,2-диола. Следовательно, $X_2$ — этиленгликоль:$$\mathrm{3CH_2=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3HO-CH_2-CH_2-OH + 2MnO_2\downarrow + 2KOH}$$