Страница 29 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

1. В большинстве органических соединений содержится элемент

1) углерод

2) водород

3) натрий

4) азот

По определению, органическая химия является химией соединений углерода. Это означает, что абсолютно все органические соединения содержат в своем составе химический элемент углерод ($C$). Атомы углерода обладают уникальной способностью образовывать прочные связи друг с другом, формируя длинные цепи и кольца, которые служат "скелетом" для органических молекул.

Рассмотрим другие варианты, предложенные в вопросе:

Водород ($H$) содержится в подавляющем большинстве органических соединений, но не во всех. Существуют органические соединения без водорода, например, тетрахлорметан ($CCl_4$) или гексафторбензол ($C_6F_6$).

Натрий ($Na$) — это щелочной металл. Он не является типичным элементом для органических молекул, хотя может входить в состав органических солей, например, ацетата натрия ($CH_3COONa$).

Азот ($N$) — важный элемент, входящий в состав многих классов органических веществ, таких как амины, аминокислоты, белки и нуклеиновые кислоты. Однако он отсутствует в огромном количестве других органических соединений, например, в углеводородах (метан, этан, пропан и т.д.).

Таким образом, единственным элементом, который является обязательным и определяющим для всех органических соединений, является углерод.

Ответ: 1) углерод.

2. Вещество состава $C_8H_{10}$ может относиться к

1) алканам.

2) алкинам.

3) ароматическим углеводородам (аренам).

4) спиртам.

Дано:

Химическая формула вещества: $C_8H_{10}$

Найти:

Класс органических соединений, к которому относится данное вещество, выбрав из предложенных вариантов.

Решение:

Для определения класса соединения проанализируем его молекулярную формулу $C_8H_{10}$ и сравним ее с общими формулами предложенных классов органических соединений.

1) алканам

Общая формула алканов (насыщенных углеводородов) — $C_n H_{2n+2}$. Для соединения с восемью атомами углерода ($n=8$) формула соответствующего алкана будет $C_8 H_{2 \cdot 8 + 2} = C_8 H_{18}$. Это не соответствует формуле $C_8H_{10}$. Следовательно, данное вещество не является алканом.

2) алкинам

Общая формула алкинов (углеводородов с одной тройной связью) — $C_n H_{2n-2}$. Для соединения с восемью атомами углерода ($n=8$) формула соответствующего алкина будет $C_8 H_{2 \cdot 8 - 2} = C_8 H_{14}$. Это не соответствует формуле $C_8H_{10}$. Следовательно, данное вещество не является алкином с одной тройной связью.

3) ароматическим углеводородам (аренам)

Общая формула гомологического ряда бензола (аренов) — $C_n H_{2n-6}$ (при $n \ge 6$). Для соединения с восемью атомами углерода ($n=8$) формула соответствующего арена будет $C_8 H_{2 \cdot 8 - 6} = C_8 H_{16 - 6} = C_8 H_{10}$. Эта формула полностью совпадает с представленной в условии задачи. Примерами таких веществ являются этилбензол ($C_6H_5C_2H_5$) и его изомеры: орто-ксилол, мета-ксилол и пара-ксилол ($C_6H_4(CH_3)_2$). Следовательно, вещество состава $C_8H_{10}$ может относиться к ароматическим углеводородам.

4) спиртам

Спирты — это кислородсодержащие органические соединения, которые содержат одну или несколько гидроксильных групп (-OH). В их молекулярной формуле обязательно должен присутствовать атом кислорода. В формуле $C_8H_{10}$ кислород отсутствует. Следовательно, данное вещество не является спиртом.

На основании анализа всех вариантов, можно сделать вывод, что вещество состава $C_8H_{10}$ относится к классу ароматических углеводородов (аренов).

Ответ: 3) ароматическим углеводородам (аренам)

3. Циклическая молекула может иметь формулу

1) $C_6H_{12}$

2) $C_5H_{12}$

3) $C_4H_2$

4) $CO_2$

Чтобы определить, какая из предложенных формул может соответствовать циклической молекуле, необходимо проанализировать соотношение атомов углерода и водорода в каждой из них, опираясь на общие формулы классов органических соединений.

Общая формула предельных ациклических углеводородов (алканов) — $C_nH_{2n+2}$.

Общая формула моноциклических предельных углеводородов (циклоалканов) — $C_nH_{2n}$. Эта же формула соответствует и ациклическим углеводородам с одной двойной связью (алкенам).

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) C₆H₁₂

Данная формула соответствует общей формуле $C_nH_{2n}$ при $n=6$. Соединения с такой формулой могут принадлежать к двум классам: алкены (например, гексен) или циклоалканы (например, циклогексан или метилциклопентан). Поскольку циклоалканы являются циклическими молекулами, эта формула может описывать циклическую молекулу.

Ответ: Формула $C_6H_{12}$ может соответствовать циклической молекуле (циклоалкану).

2) C₅H₁₂

Эта формула соответствует общей формуле алканов $C_nH_{2n+2}$ при $n=5$. Это формула пентана и его изомеров, которые являются насыщенными ациклическими (нециклическими) углеводородами. Чтобы замкнуть углеродную цепь из 5 атомов в цикл, необходимо отнять как минимум два атома водорода, что привело бы к формуле $C_5H_{10}$.

Ответ: Формула $C_5H_{12}$ соответствует ациклической молекуле (алкану).

3) C₄H₂

Эта формула характеризуется крайне низким содержанием водорода, что указывает на высокую степень ненасыщенности (наличие кратных связей). Самым известным соединением с такой формулой является бутадиин-1,3 (диацетилен), который имеет линейное строение: $HC \equiv C-C \equiv CH$. Молекула с такой формулой не является циклической в типичном понимании.

Ответ: Формула $C_4H_2$ соответствует ациклической молекуле (бутадиину).

4) CO₂

Молекула диоксида углерода (углекислого газа) состоит из одного атома углерода и двух атомов кислорода. Она имеет линейное строение $O=C=O$ и не содержит замкнутых цепей из атомов, то есть не является циклической.

Ответ: Молекула $CO_2$ является линейной, а не циклической.

Таким образом, единственная формула из предложенных, которая может соответствовать циклической молекуле, — это $C_6H_{12}$.

Ответ: 1

4. Алифатический (нециклический) углеводород с двумя двойными связями имеет формулу

1) $C_4H_{10}$

2) $C_8H_8$

3) $C_8H_{16}$

4) $C_3H_4$

Решение

Алифатические (нециклические) углеводороды с двумя двойными связями относятся к классу алкадиенов. Общая формула гомологического ряда алкадиенов выводится из общей формулы алканов.

Общая формула предельных нециклических углеводородов (алканов) — $C_nH_{2n+2}$. Каждая двойная связь в углеродной цепи уменьшает число атомов водорода на два. Следовательно, для углеводорода с двумя двойными связями общая формула будет $C_nH_{2n+2-4}$ или $C_nH_{2n-2}$.

Теперь необходимо проверить, какая из предложенных молекулярных формул соответствует общей формуле $C_nH_{2n-2}$.

1) C₄H₁₀
В данном случае $n=4$. По общей формуле алканов $C_nH_{2n+2}$ получаем $C_4H_{2 \cdot 4 + 2} = C_4H_{10}$. Это формула алкана (бутана), который не имеет двойных связей. Этот вариант неверный.

2) C₈H₈
В данном случае $n=8$. По общей формуле алкадиенов $C_nH_{2n-2}$ должно быть $C_8H_{2 \cdot 8 - 2} = C_8H_{14}$. Формула $C_8H_8$ не соответствует. Этот вариант неверный.

3) C₈H₁₆
В данном случае $n=8$. По общей формуле алкенов $C_nH_{2n}$ получаем $C_8H_{2 \cdot 8} = C_8H_{16}$. Это формула алкена (одна двойная связь) или циклоалкана. Этот вариант неверный.

4) C₃H₄
В данном случае $n=3$. По общей формуле алкадиенов $C_nH_{2n-2}$ получаем $C_3H_{2 \cdot 3 - 2} = C_3H_4$. Эта формула соответствует алкадиену. Примером такого соединения является пропадиен ($CH_2=C=CH_2$). Этот вариант верный.

Ответ: 4

5. Среди перечисленных формул:

А) $C_3H_4$

Б) $C_3H_8$

В) $C_4H_{10}$

Г) $C_5H_{10}$

Д) $C_6H_6$

Е) $C_6H_{14}$

алканам соответствуют

1) АБД.

2) ГДЕ.

3) БВЕ.

4) ВГД.

Решение

Общая формула гомологического ряда алканов (насыщенных ациклических углеводородов) — $C_nH_{2n+2}$, где $n$ — число атомов углерода. Чтобы определить, какие из предложенных соединений являются алканами, необходимо проверить соответствие их молекулярных формул этой общей формуле.

А) C₃H₄

Для $n=3$ формула соответствующего алкана должна быть $C_3H_{2 \cdot 3 + 2} = C_3H_8$. Формула $C_3H_4$ не соответствует общей формуле алканов.

Б) C₃H₈

Для $n=3$ формула алкана $C_3H_{2 \cdot 3 + 2} = C_3H_8$. Формула $C_3H_8$ соответствует общей формуле, следовательно, это алкан (пропан).

В) C₄H₁₀

Для $n=4$ формула алкана должна быть $C_4H_{2 \cdot 4 + 2} = C_4H_{10}$. Формула $C_4H_{10}$ соответствует общей формуле, следовательно, это алкан (бутан).

Г) C₅H₁₀

Для $n=5$ формула алкана должна быть $C_5H_{2 \cdot 5 + 2} = C_5H_{12}$. Формула $C_5H_{10}$ не соответствует общей формуле алканов (она соответствует общей формуле алкенов или циклоалканов $C_nH_{2n}$).

Д) C₆H₆

Для $n=6$ формула алкана должна быть $C_6H_{2 \cdot 6 + 2} = C_6H_{14}$. Формула $C_6H_6$ не соответствует общей формуле алканов (это формула бензола, представителя аренов).

Е) C₆H₁₄

Для $n=6$ формула алкана $C_6H_{2 \cdot 6 + 2} = C_6H_{14}$. Формула $C_6H_{14}$ соответствует общей формуле, следовательно, это алкан (гексан).

Таким образом, к классу алканов относятся соединения, обозначенные буквами Б, В и Е. Данная комбинация соответствует варианту ответа под номером 3.

Ответ: 3

6. В молекуле $C_3H_7OBr$ две ковалентные связи образует атом

1) C.

2) H.

3) O.

4) Br.

В данном вопросе требуется определить, какой из перечисленных атомов образует две ковалентные связи в молекуле C₃H₇OBr. Для этого нужно проанализировать валентность (число образуемых ковалентных связей) каждого элемента в органических соединениях, которая определяется его положением в Периодической системе и стремлением к завершению внешней электронной оболочки.

1) C

Атом углерода (C) находится в 14-й группе Периодической системы. Он имеет 4 валентных электрона. Для достижения стабильной восьмиэлектронной оболочки (правило октета) углерод в подавляющем большинстве органических соединений образует четыре ковалентные связи.

2) H

Атом водорода (H) находится в 1-й группе. Он имеет 1 валентный электрон. Для достижения стабильной двухэлектронной оболочки (как у атома гелия) водород образует одну ковалентную связь.

3) O

Атом кислорода (O) находится в 16-й группе. Он имеет 6 валентных электронов. Для завершения октета ему необходимо принять два электрона, поэтому кислород, как правило, образует две ковалентные связи.

4) Br

Атом брома (Br), как и другие галогены, находится в 17-й группе. Он имеет 7 валентных электронов. Для достижения стабильного октета ему нужен один электрон, поэтому бром образует одну ковалентную связь.

Таким образом, из всех перечисленных атомов именно кислород образует две ковалентные связи в молекулах органических веществ, включая соединение с формулой C₃H₇OBr.

Ответ: 3) O

7. Изомерами являются

1) $CH_4$ и $C_2H_6$

2) $CH_4$ и $C_2H_4$

3) $CH_3-OH$ и $CH_3-CH_2-OH$

4) $CH_3-CH_2-OH$ и $CH_3-O-CH_3$

Решение

Изомеры — это химические соединения, которые имеют одинаковый качественный и количественный состав (то есть одинаковую молекулярную формулу), но разное химическое строение и, как следствие, разные физические и химические свойства. Чтобы определить, какая пара веществ является изомерами, необходимо сравнить их молекулярные формулы.

1) $CH_4$ и $C_2H_6$

Метан ($CH_4$) и этан ($C_2H_6$) имеют разные молекулярные формулы. Следовательно, они не являются изомерами. Они являются гомологами — веществами, принадлежащими к одному классу (алканы) и отличающимися по составу на одну или несколько групп $-CH_2-$.

2) $CH_4$ и $C_2H_4$

Метан ($CH_4$) и этен ($C_2H_4$) также имеют разные молекулярные формулы и относятся к разным классам органических соединений (алканы и алкены). Они не являются изомерами.

3) $CH_3-OH$ и $CH_3-CH_2-OH$

Молекулярная формула метанола ($CH_3-OH$) — $CH_4O$. Молекулярная формула этанола ($CH_3-CH_2-OH$) — $C_2H_6O$. Так как их составы различны, они не являются изомерами. Это гомологи из ряда одноатомных спиртов.

4) $CH_3-CH_2-OH$ и $CH_3-O-CH_3$

Определим молекулярную формулу для первого вещества — этанола ($CH_3-CH_2-OH$):

Число атомов углерода (C) = 2

Число атомов водорода (H) = 3 + 2 + 1 = 6

Число атомов кислорода (O) = 1

Молекулярная формула этанола: $C_2H_6O$.

Определим молекулярную формулу для второго вещества — диметилового эфира ($CH_3-O-CH_3$):

Число атомов углерода (C) = 1 + 1 = 2

Число атомов водорода (H) = 3 + 3 = 6

Число атомов кислорода (O) = 1

Молекулярная формула диметилового эфира: $C_2H_6O$.

Оба вещества имеют одинаковую молекулярную формулу $C_2H_6O$, но разное строение: этанол является спиртом (содержит гидроксильную группу $-OH$), а диметиловый эфир — простым эфиром (содержит эфирную связь $-O-$). Следовательно, они являются межклассовыми изомерами.

Ответ: 4

8. Гомологами являются

1) $CH_4$ и $C_2H_4$

2) $CH_3-CH_2-CH_3$ и $CH_3-CH=CH_2$

3) $CH_3-OH$ и $CH_3-CH_2-OH$

4) $CH_3-CH_2-OH$ и $CH_3-CO-OH$

Гомологи — это вещества, которые принадлежат к одному и тому же классу органических соединений, имеют сходное строение (одинаковые функциональные группы) и химические свойства, а их состав отличается на одну или несколько гомологических разностей — групп $-CH_2-$. Общая формула для всех членов гомологического ряда одинакова.

Рассмотрим каждую из предложенных пар веществ:

1) $CH_4$ и $C_2H_4$
$CH_4$ (метан) — это алкан, представитель гомологического ряда с общей формулой $C_nH_{2n+2}$.
$C_2H_4$ (этен) — это алкен, представитель гомологического ряда с общей формулой $C_nH_{2n}$.
Так как эти вещества относятся к разным классам органических соединений (алканы и алкены) и имеют разные общие формулы, они не являются гомологами.
Ответ: не являются гомологами.

2) $CH_3-CH_2-CH_3$ и $CH_3-CH=CH_2$
$CH_3-CH_2-CH_3$ (пропан) — это алкан (класс предельных углеводородов).
$CH_3-CH=CH_2$ (пропен) — это алкен (класс непредельных углеводородов), в его структуре присутствует двойная связь.
Эти соединения принадлежат к разным гомологическим рядам и не являются гомологами.
Ответ: не являются гомологами.

3) $CH_3-OH$ и $CH_3-CH_2-OH$
$CH_3-OH$ (метанол) и $CH_3-CH_2-OH$ (этанол) — оба вещества относятся к гомологическому ряду предельных одноатомных спиртов с общей формулой $C_nH_{2n+1}OH$.
Они имеют одинаковую функциональную группу (гидроксильную, $-OH$), сходное строение и химические свойства. Состав этанола отличается от состава метанола на одну группу $-CH_2-$. Следовательно, они являются гомологами.
Ответ: являются гомологами.

4) $CH_3-CH_2-OH$ и $CH_3-CO-OH$
$CH_3-CH_2-OH$ (этанол) — это спирт, его функциональная группа — гидроксильная ($-OH$).
$CH_3-CO-OH$ (уксусная или этановая кислота) — это карбоновая кислота, её функциональная группа — карбоксильная ($-COOH$).
Поскольку эти вещества принадлежат к разным классам соединений и имеют разные функциональные группы, они не являются гомологами.
Ответ: не являются гомологами.

9. Изомером пропанола-1 $CH_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{OH}$ является

1) $CH_3-\text{CH}(\text{OH})-\text{CH}_3$

2) $CH_3-\text{CH}_2-\text{OH}$

3) $CH_3-\text{CH}_2-\text{O}-\text{CH}_2-\text{CH}_3$

4) $\text{H}-\text{CO}-\text{OH}$

Изомеры — это химические соединения, которые имеют одинаковый качественный и количественный состав (то есть одинаковую молекулярную формулу), но разное строение и, следовательно, разные свойства. Чтобы найти изомер пропанола-1, необходимо сначала определить его молекулярную формулу, а затем найти соединение из предложенных вариантов с такой же молекулярной формулой.

Определим молекулярную формулу пропанола-1 ($CH_3-CH_2-CH_2-OH$). Подсчитаем количество атомов каждого элемента: 3 атома углерода (C), 8 атомов водорода (H) (3+2+2+1=8) и 1 атом кислорода (O). Таким образом, общая формула пропанола-1 — $C_3H_8O$.

Теперь проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) $CH_3-CH(OH)-CH_3$

Это соединение — пропанол-2. Определим его молекулярную формулу, подсчитав атомы: 3 атома углерода (C), 8 атомов водорода (H) (3+1+3+1=8) и 1 атом кислорода (O). Молекулярная формула — $C_3H_8O$. Она совпадает с молекулярной формулой пропанола-1, но структура молекулы отличается (положением гидроксильной группы -OH). Следовательно, это вещество является изомером пропанола-1.

2) $CH_3-CH_2-OH$

Это соединение — этанол. Определим его молекулярную формулу: 2 атома углерода (C), 6 атомов водорода (H) (3+2+1=6) и 1 атом кислорода (O). Молекулярная формула — $C_2H_6O$. Она не совпадает с формулой пропанола-1, поэтому этанол не является его изомером.

3) $CH_3-CH_2-O-CH_2-CH_3$

Это соединение — диэтиловый эфир. Определим его молекулярную формулу: 4 атома углерода (C), 10 атомов водорода (H) (3+2+2+3=10) и 1 атом кислорода (O). Молекулярная формула — $C_4H_{10}O$. Она не совпадает с формулой пропанола-1, поэтому диэтиловый эфир не является его изомером.

4) $H-CO-OH$

Это соединение — муравьиная кислота. Определим его молекулярную формулу: 1 атом углерода (C), 2 атома водорода (H) (1+1=2) и 2 атома кислорода (O). Молекулярная формула — $CH_2O_2$. Она не совпадает с формулой пропанола-1, поэтому муравьиная кислота не является его изомером.

Сравнив молекулярные формулы всех предложенных соединений с формулой пропанола-1 ($C_3H_8O$), мы приходим к выводу, что только соединение под номером 1 является его изомером.

Ответ: 1