Номер 165, страница 114 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

Тема 3. Кислородсодержащие органические соединения. 3.3. Карбоновые кислоты. Уровень 1 - номер 165, страница 114.

Условие.

3.165. Выведите общую формулу насыщенных ациклических дикарбоновых кислот. Приведите тривиальные названия первых трёх членов данного гомологического ряда.

Решение 3.

Решение

Вывод общей формулы насыщенных ациклических дикарбоновых кислот

Насыщенные ациклические (не имеющие циклов в строении) дикарбоновые кислоты содержат две карбоксильные группы $(-COOH)$, соединенные насыщенной углеводородной цепью. Их общую структурную формулу можно представить как $HOOC-(CH_2)_n-COOH$, где $n$ — это число метиленовых групп $(-CH_2-)$ между карбоксильными группами. Для первого члена гомологического ряда (щавелевой кислоты) $n=0$.

Выведем общую молекулярную формулу, подсчитав общее число атомов каждого элемента в этой структуре:

• Число атомов углерода (C): $1$ (в первой группе $COOH$) + $n$ (в $n$ группах $CH_2$) + $1$ (во второй группе $COOH$) = $n+2$.
• Число атомов водорода (H): $1$ (в первой группе $COOH$) + $2n$ (в $n$ группах $CH_2$) + $1$ (во второй группе $COOH$) = $2n+2$.
• Число атомов кислорода (O): $2$ (в первой группе $COOH$) + $2$ (во второй группе $COOH$) = $4$.

Таким образом, молекулярная формула, выраженная через число метиленовых групп $n$, имеет вид $C_{n+2}H_{2n+2}O_4$.

Чтобы получить общую формулу в стандартном виде, где количество атомов водорода и кислорода выражается через общее количество атомов углерода, сделаем замену. Пусть общее число атомов углерода $k = n+2$. Отсюда следует, что $n = k-2$. Подставим это выражение в формулу для числа атомов водорода: $H = 2n+2 = 2(k-2)+2 = 2k - 4 + 2 = 2k-2$. Число атомов кислорода остается постоянным и равным 4.

Следовательно, общая формула насыщенных ациклических дикарбоновых кислот, где $k$ — общее число атомов углерода, имеет вид $C_kH_{2k-2}O_4$. Используя стандартное обозначение $n$ для общего числа атомов углерода, формула записывается как $C_nH_{2n-2}O_4$, где $n \geq 2$.

Тривиальные названия первых трёх членов данного гомологического ряда

Первые три представителя ряда соответствуют общему числу атомов углерода $n=2, 3, 4$.

• Первый член ряда ($C_2H_2O_4$): Структурная формула $HOOC-COOH$. Систематическое название — этандиовая кислота. Тривиальное название — щавелевая кислота.
• Второй член ряда ($C_3H_4O_4$): Структурная формула $HOOC-CH_2-COOH$. Систематическое название — пропандиовая кислота. Тривиальное название — малоновая кислота.
• Третий член ряда ($C_4H_6O_4$): Структурная формула $HOOC-(CH_2)_2-COOH$. Систематическое название — бутандиовая кислота. Тривиальное название — янтарная кислота.

Ответ: общая формула насыщенных ациклических дикарбоновых кислот — $C_nH_{2n-2}O_4$ (где $n \geq 2$); тривиальные названия первых трёх членов гомологического ряда: щавелевая кислота, малоновая кислота, янтарная кислота.