Страница 113 - гдз по химии 10 класс учебник Еремин, Кузьменко

Авторы: Еремин В. В., Кузьменко Н. Е., Теренин В. И., Дроздов А. А., Лунин В. В.
Тип: Учебник
Издательство: Просвещение
Год издания: 2023 - 2025
Уровень обучения: углублённый
Цвет обложки: белый, зелёный с радугой
Допущено Министерством просвещения Российской Федерации
Популярные ГДЗ в 10 классе
Cтраница 113

№1 (с. 113)
Условие. №1 (с. 113)
скриншот условия

1. Изобразите структуры всех возможных углеродных скелетов, состоящих из шести атомов углерода. Сколько среди них разветвлённых скелетов?
Решение. №1 (с. 113)

Решение 2. №1 (с. 113)
Решение
Для шести атомов углерода существует 5 возможных вариантов построения ациклического углеродного скелета (структурных изомеров). Эти структуры делятся на неразветвленные (линейные) и разветвленные.
1. н-Гексан
Это неразветвленный скелет, в котором все шесть атомов углерода соединены в одну цепь.
C-C-C-C-C-C
2. 2-Метилпентан
Это разветвленный скелет с основной цепью из пяти атомов углерода и одним боковым ответвлением (метильной группой) у второго атома углерода.
C
|
C-C-C-C-C
3. 3-Метилпентан
Разветвленный скелет с основной цепью из пяти атомов углерода и метильной группой у третьего атома углерода.
C
|
C-C-C-C-C
4. 2,2-Диметилбутан
Разветвленный скелет с основной цепью из четырех атомов углерода и двумя метильными группами у второго атома углерода.
C
|
C-C-C-C
|
C
5. 2,3-Диметилбутан
Разветвленный скелет с основной цепью из четырех атомов углерода и двумя метильными группами у второго и третьего атомов углерода.
C C
| |
C-C-C-C
Таким образом, из пяти возможных углеродных скелетов, состоящих из шести атомов углерода, один является неразветвленным (н-гексан), а четыре являются разветвленными.
Ответ: всего существует 5 углеродных скелетов из шести атомов углерода; из них 4 являются разветвленными.
№2 (с. 113)
Условие. №2 (с. 113)
скриншот условия

2. Сколько существует различных положений двойной связи в не-разветвлённом скелете из пяти атомов углерода?
Решение. №2 (с. 113)

Решение 2. №2 (с. 113)
Решение
Неразветвленный скелет из пяти атомов углерода представляет собой прямую цепь:
$C-C-C-C-C$
Пронумеруем атомы углерода в цепи слева направо:
$C_1-C_2-C_3-C_4-C_5$
Двойная связь может располагаться между двумя соседними атомами углерода. Рассмотрим все возможные варианты:
1. Двойная связь между первым и вторым атомами углерода ($C_1=C_2$). Получаем соединение пентен-1:
$CH_2=CH-CH_2-CH_2-CH_3$
2. Двойная связь между вторым и третьим атомами углерода ($C_2=C_3$). Получаем соединение пентен-2:
$CH_3-CH=CH-CH_2-CH_3$
3. Двойная связь между третьим и четвертым атомами углерода ($C_3=C_4$). В этом случае нумерацию цепи, согласно правилам номенклатуры ИЮПАК, следует начинать с правого конца, чтобы атом углерода при двойной связи имел наименьший номер.
$C_1H_3-C_2H_2-C_3H=C_4H-C_5H_3$ (нумерация справа налево)
При такой нумерации двойная связь находится между вторым и третьим атомами. Это та же самая молекула, что и пентен-2. Таким образом, это не новое положение.
4. Двойная связь между четвертым и пятым атомами углерода ($C_4=C_5$). Нумерацию цепи также начинаем с правого конца.
$C_1H_3-C_2H_2-C_3H_2-C_4H=C_5H_2$ (нумерация справа налево)
При такой нумерации двойная связь находится между первым и вторым атомами. Это та же самая молекула, что и пентен-1.
Таким образом, для неразветвленной цепи из пяти атомов углерода существует только два различных положения двойной связи, которые приводят к образованию двух изомеров: пентен-1 и пентен-2.
Ответ: 2.
№3 (с. 113)
Условие. №3 (с. 113)
скриншот условия

3. При каком минимальном числе атомов углерода возможна изомерия положения:
а) двойной связи;
б) атома фтора?
Решение. №3 (с. 113)

Решение 2. №3 (с. 113)
а) двойной связи
Решение:
Изомерия положения — это явление, при котором соединения имеют одинаковый углеродный скелет и одинаковые функциональные группы, но различаются положением этих групп (в данном случае, кратной связи) в углеродной цепи. Необходимо найти наименьшее число атомов углерода в молекуле алкена, для которого возможна такая изомерия.
Рассмотрим алкены, начиная с простейших:
1. Этен ($\text{C}_2\text{H}_4$): $\text{CH}_2=\text{CH}_2$. В этой молекуле всего два атома углерода, и двойная связь может располагаться только между ними. Изомеры положения невозможны.
2. Пропен ($\text{C}_3\text{H}_6$): $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_3$. Углеродная цепь состоит из трех атомов. Двойная связь может быть между первым и вторым атомами ($\text{C}1=\text{C}2$) или между вторым и третьим ($\text{C}2=\text{C}3$). Однако, поскольку нумерация атомов в цепи начинается с того конца, к которому ближе двойная связь, оба варианта описывают одно и то же соединение — пропен (или пропен-1). Следовательно, изомеры положения для пропена невозможны.
3. Бутен ($\text{C}_4\text{H}_8$): Рассмотрим неразветвленный углеродный скелет из четырех атомов.
- Если двойная связь находится между первым и вторым атомами углерода, получается бутен-1: $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_2-\text{CH}_3$.
- Если двойная связь находится между вторым и третьим атомами углерода, получается бутен-2: $\text{CH}_3-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_3$.
Бутен-1 и бутен-2 являются изомерами положения, так как у них одинаковая молекулярная формула и одинаковый углеродный скелет, но разное положение двойной связи.
Таким образом, минимальное число атомов углерода, необходимое для изомерии положения двойной связи, равно четырем.
Ответ: 4
б) атома фтора
Решение:
Аналогично пункту а), ищем минимальное число атомов углерода в монофторалкане, при котором атом фтора может занимать неэквивалентные положения в углеродной цепи.
Рассмотрим монофторалканы, начиная с простейших:
1. Фторметан ($\text{CH}_3\text{F}$): В молекуле только один атом углерода, поэтому существует лишь одно возможное положение для атома фтора. Изомеры невозможны.
2. Фторэтан ($\text{C}_2\text{H}_5\text{F}$): $\text{CH}_3-\text{CH}_2\text{F}$. В цепи из двух атомов углерода оба положения эквивалентны из-за симметрии. Замещение любого атома водорода на фтор приведет к одной и той же молекуле фторэтана. Изомеры положения невозможны.
3. Фторпропан ($\text{C}_3\text{H}_7\text{F}$): Рассмотрим неразветвленную цепь из трех атомов углерода.
- Если атом фтора связан с крайним (первым или третьим) атомом углерода, получается 1-фторпропан: $\text{CH}_2\text{F}-\text{CH}_2-\text{CH}_3$.
- Если атом фтора связан со средним (вторым) атомом углерода, получается 2-фторпропан: $\text{CH}_3-\text{CHF}-\text{CH}_3$.
Положения у первого и второго атомов углерода неэквивалентны. Следовательно, 1-фторпропан и 2-фторпропан являются изомерами положения.
Таким образом, минимальное число атомов углерода, необходимое для изомерии положения атома фтора, равно трем.
Ответ: 3
№4 (с. 113)
Условие. №4 (с. 113)
скриншот условия

4. Сколько изомеров соответствует составу:
а) $C_2H_5Cl$;
б) $C_2H_4Cl_2$?
Изобразите их структурные формулы.
Решение. №4 (с. 113)

Решение 2. №4 (с. 113)
Изомеры — это химические соединения, которые имеют одинаковый атомный состав (одну и ту же молекулярную формулу), но разное строение (порядок связывания атомов) и, как следствие, разные физические и химические свойства.
а) C₂H₅ClДля молекулярной формулы $C_2H_5Cl$ (хлорэтан) существует только один структурный изомер. В молекуле этана ($C_2H_6$) все шесть атомов водорода эквивалентны. Замещение любого из них на атом хлора приводит к образованию одного и того же вещества — хлорэтана. Положение атома хлора всегда будет у первого атома углерода (если начинать нумерацию с этого конца цепи).
Структурная формула: $CH_3-CH_2Cl$ (1-хлорэтан).
Ответ: для состава $C_2H_5Cl$ существует 1 изомер.
б) C₂H₄Cl₂Для молекулярной формулы $C_2H_4Cl_2$ (дихлорэтан) возможно два варианта расположения двух атомов хлора в углеродной цепи, что приводит к двум структурным изомерам.
1. Оба атома хлора присоединены к одному и тому же атому углерода. Это 1,1-дихлорэтан. Его структурная формула: $CH_3-CHCl_2$.
2. Атомы хлора присоединены к разным (соседним) атомам углерода. Это 1,2-дихлорэтан. Его структурная формула: $CH_2Cl-CH_2Cl$.
Ответ: для состава $C_2H_4Cl_2$ существует 2 изомера.
№5 (с. 113)
Условие. №5 (с. 113)
скриншот условия

5. Напишите структурные формулы всех изомеров состава $C_3H_8O$, содержащих группу $OH$.
Решение. №5 (с. 113)

Решение 2. №5 (с. 113)
Решение
Изомеры — это вещества, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но разное химическое строение и, как следствие, разные свойства. Для молекулярной формулы C₃H₈O необходимо найти все изомеры, содержащие гидроксильную группу (-OH), то есть все возможные спирты этого состава.
Молекулярная формула C₃H₈O соответствует общей формуле предельных одноатомных спиртов $C_nH_{2n+2}O$. При n=3, получаем $C_3H_{2 \cdot 3+2}O = C_3H_8O$. Это подтверждает, что в молекуле нет кратных связей или циклов, а все связи между атомами углерода одинарные.
Изомерия в данном случае будет определяться строением углеродного скелета и положением гидроксильной группы.
Сначала рассмотрим возможные углеродные скелеты. Для трех атомов углерода существует только один вариант строения цепи — неразветвленная (линейная): $C-C-C$.
Теперь рассмотрим возможные положения гидроксильной группы (-OH) в этой цепи. Пронумеруем атомы углерода: $C^1-C^2-C^3$.
Если группа -OH присоединена к первому (C¹) или третьему (C³) атому углерода, получается одно и то же вещество, так как эти положения эквивалентны. Это первичный спирт — пропанол-1 (или н-пропиловый спирт). Его структурная формула:
$CH_3-CH_2-CH_2-OH$
Если группа -OH присоединена к центральному, второму атому углерода (C²), получается другой изомер. Это вторичный спирт — пропанол-2 (или изопропиловый спирт). Его структурная формула:
$CH_3-CH(OH)-CH_3$
Других вариантов строения углеродного скелета или положений гидроксильной группы не существует. Следовательно, имеется только два изомерных спирта состава C₃H₈O.
Ответ:
1. Пропанол-1:
$CH_3-CH_2-CH_2-OH$
2. Пропанол-2:
$CH_3-CH(OH)-CH_3$
№6 (с. 113)
Условие. №6 (с. 113)
скриншот условия

6. Основной компонент бензина — предельный углеводород состава $C_8 H_{18}$. Сколько всего может существовать таких углеводородов?
Решение. №6 (с. 113)

Решение 2. №6 (с. 113)
Дано:
Предельный углеводород (алкан) с химической формулой $C_8H_{18}$.
Найти:
Общее число возможных структурных изомеров для данного состава.
Решение:
Углеводород состава $C_8H_{18}$ относится к классу предельных углеводородов, или алканов, так как его формула соответствует общей формуле алканов $C_nH_{2n+2}$ (при $n=8$, $2n+2 = 2 \cdot 8 + 2 = 18$). Нам необходимо найти все возможные структурные изомеры октана. Изомеры — это соединения, имеющие одинаковый состав, но разное строение (разный порядок соединения атомов). Для нахождения всех изомеров будем последовательно уменьшать длину основной углеродной цепи и рассматривать различные варианты расположения заместителей (алкильных радикалов).
- Основная цепь из 8 атомов углерода (октан):
Существует только один такой изомер — неразветвленная цепь.
1. н-октан - Основная цепь из 7 атомов углерода (гептан):
Оставшийся атом углерода образует метильную группу ($-CH_3$), которую можно разместить у разных атомов углерода в цепи гептана (кроме крайних, так как это не изменит цепь).
2. 2-метилгептан
3. 3-метилгептан
4. 4-метилгептан
Размещение у 5-го атома эквивалентно размещению у 3-го, у 6-го — у 2-го, если нумеровать цепь с другого конца. Таким образом, получаем 3 изомера. - Основная цепь из 6 атомов углерода (гексан):
Оставшиеся два атома углерода могут быть в виде двух метильных групп ($-CH_3$) или одной этильной группы ($-C_2H_5$).
Два метильных заместителя (диметилгексаны):
5. 2,2-диметилгексан
6. 2,3-диметилгексан
7. 2,4-диметилгексан
8. 2,5-диметилгексан
9. 3,3-диметилгексан
10. 3,4-диметилгексан
Один этильный заместитель (этилгексан):
11. 3-этилгексан
(Заместитель в положении 2 привел бы к удлинению основной цепи до 7 атомов, т.е. 2-этилгексан — это другое название для 3-метилгептана). Всего 6 + 1 = 7 изомеров. - Основная цепь из 5 атомов углерода (пентан):
Оставшиеся три атома углерода могут быть в виде трех метильных групп или одной этильной и одной метильной.
Три метильных заместителя (триметилпентаны):
12. 2,2,3-триметилпентан
13. 2,2,4-триметилпентан (этот изомер является эталоном для октанового числа и известен как изооктан)
14. 2,3,3-триметилпентан
15. 2,3,4-триметилпентан
Один этильный и один метильный заместитель (этилметилпентаны):
16. 3-этил-2-метилпентан
17. 3-этил-3-метилпентан
Всего 4 + 2 = 6 изомеров. - Основная цепь из 4 атомов углерода (бутан):
Оставшиеся четыре атома углерода могут быть только в виде четырех метильных групп. Чтобы не удлинять основную цепь, их можно расположить только одним способом.
18. 2,2,3,3-тетраметилбутан
Всего 1 изомер.
Более короткую основную цепь (из 3 атомов углерода) создать невозможно, так как любая попытка разместить оставшиеся 5 атомов углерода в виде заместителей неизбежно приведет к удлинению основной цепи.
Суммируем количество найденных изомеров: $1$ (на основе октана) + $3$ (на основе гептана) + $7$ (на основе гексана) + $6$ (на основе пентана) + $1$ (на основе бутана) = $18$.
Ответ: всего может существовать 18 таких углеводородов (структурных изомеров).
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.