Ароматический углеводород А массой 9,2 г вступает в реакцию нитрования с азотной кислотой, в результате чего образуется мононитропроизводное Б массой 13,7 г (выход реакции считать количественным), в котором заместители находятся на максимальном удалении друг от друга.

Решение:

Задача на расчёт по химическим уравнениям.

1. Определим молярные массы исходного углеводорода (А) и продукта (Б).
2. Так как заместители находятся на максимальном удалении друг от друга, это означает, что в ароматическом ряду они находятся в пара-положении.
3. Пусть исходный углеводород А имеет формулу C_nH_m. Его молярная масса M(A) = 9.2 г.
4. В результате реакции нитрования к молекуле ароматического углеводорода присоединяется нитрогруппа (-NO₂). Формула мононитропроизводного будет C_nH_m-1(NO₂). Молярная масса продукта Б составляет M(Б) = 13.7 г.
5. Разница в массе между продуктом и исходным веществом обусловлена присоединением нитрогруппы. Масса нитрогруппы = 14 (N) + 2*16 (O) = 46 г/моль.
6. Однако, при реакции нитрования ароматического ряда происходит замещение одного атома водорода на нитрогруппу. Формула реакции: C_nH_m + HNO₃ → C_nH_m-1(NO₂) + H₂O.
7. Разница в массе между продуктом и реагентом (без учёта воды) равна массе нитрогруппы.
8. M(Б) - M(A) = 13.7 г - 9.2 г = 4.5 г. Это не соответствует массе нитрогруппы (46 г/моль). Это говорит о том, что в расчёте должны участвовать моли.
9. Пусть молярная масса углеводорода А равна M_A. Количество вещества углеводорода А: \( v_A = \frac{9.2}{M_A} \) моль.
10. Пусть молярная масса мононитропроизводного Б равна M_Б. Количество вещества продукта Б: \( v_Б = \frac{13.7}{M_Б} \) моль.
11. Поскольку выход реакции количественный, \( v_A = v_Б \).
12. Молярная масса продукта Б (мононитропроизводного) равна молярной массе углеводорода А плюс масса нитрогруппы минус масса замещенного водорода: \( M_Б = M_A + 46 - 1 \) (если замещается H, то M(H) = 1).
13. \( \frac{9.2}{M_A} = \frac{13.7}{M_A + 45} \)
14. \( 9.2(M_A + 45) = 13.7 M_A \)
15. \( 9.2 M_A + 9.2 \times 45 = 13.7 M_A \)
16. \( 9.2 M_A + 414 = 13.7 M_A \)
17. \( 414 = 13.7 M_A - 9.2 M_A \)
18. \( 414 = 4.5 M_A \)
19. \( M_A = \frac{414}{4.5} = 92 \) г/моль.
20. Теперь определим формулу углеводорода А, имеющего молярную массу 92 г/моль. Ароматический углеводород - бензольное кольцо C₆H₆. Его молярная масса: 6 * 12 + 6 * 1 = 72 + 6 = 78 г/моль.
21. Если это гомолог бензола, то формула C_nH_2n-6.
22. Для C₇H₈ (толуол): 7 * 12 + 8 * 1 = 84 + 8 = 92 г/моль.
23. Толуол — ароматический углеводород.
24. Проверим реакцию нитрования толуола: C₇H₈ + HNO₃ → C₇H₇(NO₂) + H₂O.
25. Молярная масса толуола = 92 г/моль.
26. Молярная масса нитротолуола = 92 + 46 - 1 = 137 г/моль.
27. По условию, масса продукта Б = 13.7 г. Это указывает на то, что масса дана в десятых долях, или в расчётах надо использовать масштабированные значения.
28. Если M(A) = 92 г/моль, то \( v_A = \frac{9.2}{92} = 0.1 \) моль.
29. Если \( v_Б = 0.1 \) моль, то M(Б) = \( \frac{13.7}{0.1} = 137 \) г/моль.
30. Это соответствует молярной массе нитротолуола.
31. В условии сказано, что заместители находятся на максимальном удалении друг от друга. В толуоле один заместитель (метильная группа) уже есть. Присоединение нитрогруппы происходит к бензольному кольцу. Метильная группа является активирующим заместителем орто- и пара-положения. Максимальное удаление заместителей в бензольном кольце достигается в пара-положении.
32. Следовательно, углеводород А — это толуол, а продукт Б — пара-нитротолуол.

Ответ: Углеводород А — толуол (C₇H₈). Продукт Б — пара-нитротолуол.