Страница 135 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

1. Гомологами являются

1) пропаналь и пропиловый спирт

2) этиленгликоль и метанол

3) пропанол-1 и пропанол-2

4) пропанол-1 и этанол

Решение

Гомологи – это вещества, которые принадлежат к одному и тому же классу органических соединений (имеют одинаковую функциональную группу), обладают сходным строением и химическими свойствами, но отличаются друг от друга по составу на одну или несколько гомологических разностей (групп $ -CH_2- $). Общая формула гомологического ряда для всех его членов одинакова.

Рассмотрим предложенные пары веществ:

1) пропаналь и пропиловый спирт
Пропаналь ($CH_3CH_2CHO$) – это альдегид. Пропиловый спирт ($CH_3CH_2CH_2OH$) – это спирт. Поскольку вещества принадлежат к разным классам органических соединений (имеют разные функциональные группы: альдегидную $–CHO$ и гидроксильную $–OH$), они не являются гомологами.

2) этиленгликоль и метанол
Этиленгликоль ($HO-CH_2-CH_2-OH$) – это двухатомный спирт (диол). Метанол ($CH_3OH$) – это одноатомный спирт. У них разное количество функциональных групп, поэтому они относятся к разным гомологическим рядам и не являются гомологами.

3) пропанол-1 и пропанол-2
Пропанол-1 ($CH_3CH_2CH_2OH$) и пропанол-2 ($CH_3CH(OH)CH_3$) имеют одинаковую молекулярную формулу ($C_3H_8O$) и одинаковое число атомов углерода в цепи. Они отличаются только положением гидроксильной группы $–OH$. Такие вещества являются структурными изомерами (изомерами положения), а не гомологами.

4) пропанол-1 и этанол
Пропанол-1 ($CH_3CH_2CH_2OH$) и этанол ($CH_3CH_2OH$) оба являются предельными одноатомными спиртами. Они принадлежат к одному гомологическому ряду с общей формулой $C_nH_{2n+1}OH$. Состав молекулы пропанола-1 отличается от состава молекулы этанола на одну группу $–CH_2–$. Следовательно, эти вещества являются гомологами.

Ответ: 4.

2. Изомерами являются

1) этиленгликоль и пропандиол-1,2

2) пропанол-1 и пропандиол-1,2

3) пропанол-1 и пропанол-2

4) пропанол-2 и этанол

Изомеры — это химические соединения, которые имеют одинаковый качественный и количественный состав (т.е. одинаковую молекулярную формулу), но разное строение и, следовательно, разные свойства. Для определения, является ли пара веществ изомерами, необходимо сравнить их молекулярные формулы.

Этиленгликоль (этан-1,2-диол) имеет химическую формулу $HO-CH_2-CH_2-OH$. Подсчитаем количество атомов: 2 атома углерода (C), 6 атомов водорода (H) и 2 атома кислорода (O). Молекулярная формула: $C_2H_6O_2$.

Пропандиол-1,2 имеет химическую формулу $HO-CH_2-CH(OH)-CH_3$. Подсчитаем количество атомов: 3 атома углерода (C), 8 атомов водорода (H) и 2 атома кислорода (O). Молекулярная формула: $C_3H_8O_2$.

Молекулярные формулы веществ ($C_2H_6O_2$ и $C_3H_8O_2$) различны. Эти вещества являются гомологами — представителями одного гомологического ряда двухатомных спиртов.

Ответ: не являются изомерами.

Пропанол-1 имеет химическую формулу $CH_3-CH_2-CH_2-OH$. Его молекулярная формула $C_3H_8O$. Это одноатомный спирт.

Пропандиол-1,2 имеет химическую формулу $HO-CH_2-CH(OH)-CH_3$. Его молекулярная формула $C_3H_8O_2$. Это двухатомный спирт.

Молекулярные формулы веществ ($C_3H_8O$ и $C_3H_8O_2$) различны, так как содержат разное количество атомов кислорода.

Ответ: не являются изомерами.

Пропанол-1 имеет химическую формулу $CH_3-CH_2-CH_2-OH$. Подсчитаем атомы: 3 атома углерода, 8 атомов водорода, 1 атом кислорода. Молекулярная формула: $C_3H_8O$.

Пропанол-2 имеет химическую формулу $CH_3-CH(OH)-CH_3$. Подсчитаем атомы: 3 атома углерода, 8 атомов водорода, 1 атом кислорода. Молекулярная формула: $C_3H_8O$.

Оба вещества имеют одинаковую молекулярную формулу $C_3H_8O$, но разное строение: у пропанола-1 гидроксильная группа (-OH) находится у первого атома углерода (это первичный спирт), а у пропанола-2 — у второго (это вторичный спирт). Следовательно, они являются структурными изомерами (изомерами положения функциональной группы).

Ответ: являются изомерами.

Пропанол-2 имеет молекулярную формулу $C_3H_8O$.

Этанол имеет химическую формулу $CH_3-CH_2-OH$. Его молекулярная формула $C_2H_6O$.

Молекулярные формулы веществ ($C_3H_8O$ и $C_2H_6O$) различны. Эти вещества являются гомологами — представителями одного гомологического ряда одноатомных спиртов.

Ответ: не являются изомерами.

3. Верны ли следующие утверждения о свойствах спиртов?

А. Низшие спирты неограниченно смешиваются с водой.

Б. Спирты реагируют с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба утверждения

4) оба утверждения неверны

Решение

А. Низшие спирты неограниченно смешиваются с водой.

Данное утверждение является верным. Низшими спиртами называют спирты с небольшим числом атомов углерода в молекуле (как правило, от одного до трех: метанол, этанол, пропанолы). Молекулы этих спиртов содержат полярную гидроксогруппу ($-OH$), которая способна образовывать водородные связи с полярными молекулами воды ($H_2O$). Наличие этих связей и обуславливает их хорошую растворимость. Углеводородный радикал в молекуле спирта является гидрофобным (неполярным), но у низших спиртов его влияние незначительно по сравнению с влиянием полярной гидроксогруппы. Поэтому метанол, этанол и пропанол смешиваются с водой в любых пропорциях, то есть неограниченно.

Б. Спирты реагируют с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры.

Это утверждение также является верным. Взаимодействие спиртов с карбоновыми кислотами — это классическая реакция этерификации. В результате этой реакции, которая является обратимой и обычно катализируется сильными кислотами (например, концентрированной $H_2SO_4$), отщепляется молекула воды и образуется соединение класса сложных эфиров. Общий вид уравнения реакции:

$R-COOH + R'-OH \rightleftharpoons R-COO-R' + H_2O$

Здесь $R-COOH$ — карбоновая кислота, $R'-OH$ — спирт, а $R-COO-R'$ — сложный эфир. Например, при взаимодействии этанола ($C_2H_5OH$) и уксусной кислоты ($CH_3COOH$) образуется этилацетат ($CH_3COOC_2H_5$) и вода.

Таким образом, оба утверждения, А и Б, являются верными.

Ответ: 3

4. Верны ли следующие утверждения о свойствах фенола?

А. Фенол представляет собой жидкость, хорошо растворимую в воде.

Б. Для фенола характерны свойства основания.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба утверждения

4) оба утверждения неверны

А. Фенол представляет собой жидкость, хорошо растворимую в воде.
Данное утверждение является неверным. Рассмотрим физические свойства фенола ($C_6H_5OH$) подробнее:
1. Агрегатное состояние: При стандартных условиях (комнатная температура ~20 °C) фенол — это твёрдое вещество. Он представляет собой бесцветные игольчатые кристаллы с характерным запахом. Фенол плавится при температуре 40,9 °C, и только выше этой температуры он переходит в жидкое состояние.
2. Растворимость в воде: Фенол ограниченно растворим в холодной воде. При 20 °C в 100 мл воды можно растворить лишь около 8,3 г фенола. Такой раствор будет мутным. Растворимость значительно возрастает при нагревании, и при температуре выше 65,3 °C фенол и вода смешиваются в неограниченных количествах. Однако утверждение "хорошо растворим" для обычных условий некорректно.

Б. Для фенола характерны свойства основания.
Данное утверждение также является неверным.
Фенол проявляет выраженные кислотные свойства, хоть и слабые (его историческое название — карболовая кислота). Это обусловлено строением его молекулы: гидроксильная группа ($-OH$) напрямую связана с бензольным кольцом. Бензольное кольцо, являясь электроноакцепторной группой, оттягивает электронную плотность от атома кислорода. Это приводит к усилению полярности связи $O-H$ и облегчает отщепление иона водорода ($H^+$).
Кислотный характер фенола подтверждается его реакцией с щелочами, например с гидроксидом натрия, с образованием соли (фенолята натрия) и воды:
$C_6H_5OH + NaOH \rightarrow C_6H_5ONa + H_2O$
Свойства основания, то есть способность присоединять протон, для фенола нехарактерны.

Таким образом, оба утверждения, А и Б, являются ложными. Следовательно, правильный вариант ответа находится под номером 4.
Ответ: 4

5. Верны ли следующие утверждения о свойствах глицерина?

А. Глицерин представляет собой вязкую жидкость, неограниченно смешивающуюся с водой.

Б. Глицерин образует сложные эфиры не только с карбоновыми, но и с неорганическими кислотами.

1) верно только А

2) верно только Б

3) верны оба утверждения

4) оба утверждения неверны

Решение

Для определения верного варианта ответа необходимо проанализировать каждое из предложенных утверждений о свойствах глицерина.

А. Глицерин представляет собой вязкую жидкость, неограниченно смешивающуюся с водой.

Глицерин (пропан-1,2,3-триол) — это трехатомный спирт. Его химическая формула — $C_3H_5(OH)_3$. При комнатной температуре глицерин действительно является вязкой, сиропообразной жидкостью. Наличие трех гидроксильных групп ($-OH$) в его молекуле позволяет образовывать сильные водородные связи с молекулами воды. Благодаря этому глицерин растворяется в воде в любых пропорциях, то есть является неограниченно смешивающимся. Таким образом, утверждение А является верным.

Б. Глицерин образует сложные эфиры не только с карбоновыми, но и с неорганическими кислотами.

Как спирт, глицерин способен вступать в реакцию этерификации. Он реагирует с карбоновыми кислотами, образуя сложные эфиры, известные как жиры (триглицериды). Также глицерин может реагировать и с неорганическими кислотами. Классическим примером является его реакция с азотной кислотой ($HNO_3$) в присутствии концентрированной серной кислоты ($H_2SO_4$) с образованием тринитрата глицерина (нитроглицерина), который является сложным эфиром азотной кислоты. Реакция выглядит следующим образом:

$C_3H_5(OH)_3 + 3HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_3H_5(ONO_2)_3 + 3H_2O$

Следовательно, утверждение Б также является верным.

Поскольку оба утверждения, А и Б, верны, необходимо выбрать вариант ответа, который это подтверждает.

Ответ: 3