Номер 38, страница 139 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

38. При полном сгорании 0,59 г некоторого предельного первичного амина выделилось 0,112 л азота (н. у.). Выберите структурную формулу амина.

1)$CH_3-NH_2$.

2)$CH_3-CH_2-NH-CH_3$.

3)$CH_3CH(CH_3)-NH_2$.

4)$C_6H_5NH_2$.

Дано:

$m(амина) = 0,59 \text{ г}$
$V(N_2) = 0,112 \text{ л}$ (н. у.)
Амин - предельный, первичный.

Найти:

Структурную формулу амина - ?

Решение:

1. Общая формула предельных первичных аминов - $C_nH_{2n+1}NH_2$, или в брутто-формуле $C_nH_{2n+3}N$.

2. Запишем схему реакции горения амина, чтобы установить соотношение между амином и азотом. Так как в одной молекуле амина содержится один атом азота, при сгорании из одной молекулы амина образуется половина молекулы двухатомного азота $N_2$. $C_nH_{2n+3}N \rightarrow ... + \frac{1}{2}N_2$ Из этого следует, что количество вещества (моль) амина в два раза больше количества вещества выделившегося азота: $n(амина) = 2 \cdot n(N_2)$

3. Вычислим количество вещества азота ($N_2$), выделившегося при сгорании. Объем дан для нормальных условий (н. у.), где молярный объем любого газа $V_m$ равен $22,4$ л/моль. $n(N_2) = \frac{V(N_2)}{V_m} = \frac{0,112 \text{ л}}{22,4 \text{ л/моль}} = 0,005 \text{ моль}$

4. Теперь можем найти количество вещества сгоревшего амина: $n(амина) = 2 \cdot n(N_2) = 2 \cdot 0,005 \text{ моль} = 0,01 \text{ моль}$

5. Зная массу амина (из условия) и его количество вещества (рассчитано), найдем молярную массу амина: $M(амина) = \frac{m(амина)}{n(амина)} = \frac{0,59 \text{ г}}{0,01 \text{ моль}} = 59 \text{ г/моль}$

6. Определим молекулярную формулу амина, используя его общую формулу $C_nH_{2n+3}N$. Молярная масса, выраженная через $n$: $M(C_nH_{2n+3}N) = 12 \cdot n + 1 \cdot (2n+3) + 14 = 14n + 17$

7. Приравняем найденное значение молярной массы к ее выражению через $n$ и решим уравнение: $14n + 17 = 59$ $14n = 59 - 17$ $14n = 42$ $n = \frac{42}{14} = 3$

Таким образом, молекулярная формула искомого амина - $C_3H_9N$.

8. Проанализируем предложенные варианты ответов:

• 1) $CH_3-NH_2$ (метиламин) - формула $CH_5N$. Не соответствует найденной формуле.
• 2) $CH_3-CH_2-NH-CH_3$ (N-метилэтанамин) - является вторичным амином, что противоречит условию задачи (амин первичный).
• 3) $CH_3CH(CH_3)-NH_2$ (изопропиламин, или пропан-2-амин) - это предельный первичный амин с молекулярной формулой $C_3H_9N$. Его молярная масса равна $3 \cdot 12 + 9 \cdot 1 + 14 = 59$ г/моль. Этот вариант полностью соответствует результатам расчета.
• 4) $C_6H_5NH_2$ (анилин) - является ароматическим амином, а не предельным, что противоречит условию.

Следовательно, верная структурная формула представлена под номером 3.

Ответ: 3) $CH_3CH(CH_3)-NH_2$