Номер 181, страница 51 - гдз по химии 10-11 класс задачник Еремин, Дроздов

2.181. Какой объём водорода (н. у.) потребуется для полного гидрирования 27,2 г алкадиена, если на полное бромирование такой же порции алкадиена уходит 128 г брома? Установите молекулярную формулу продукта гидрирования и составьте структурные формулы всех его изомеров.

Дано:

Найти:

Решение:

Для решения задачи сначала необходимо установить молекулярную формулу исходного алкадиена, используя данные о его реакции с бромом.

1. Общая формула для алкадиенов — $C_n H_{2n-2}$.

2. Алкадиены имеют две двойные связи, поэтому реакция полного бромирования (присоединение брома по всем кратным связям) выглядит следующим образом:

$C_n H_{2n-2} + 2Br_2 \rightarrow C_n H_{2n-2} Br_4$

3. Рассчитаем количество вещества брома ($Br_2$), которое пошло на реакцию. Молярная масса брома $M(Br_2) = 2 \times 80 = 160 \text{ г/моль}$.

$\nu(Br_2) = \frac{m(Br_2)}{M(Br_2)} = \frac{128 \text{ г}}{160 \text{ г/моль}} = 0,8 \text{ моль}$

4. Согласно стехиометрии уравнения реакции, количество вещества алкадиена в два раза меньше количества вещества брома:

$\nu(C_n H_{2n-2}) = \frac{1}{2} \nu(Br_2) = \frac{1}{2} \times 0,8 \text{ моль} = 0,4 \text{ моль}$

5. Зная массу и количество вещества алкадиена, найдем его молярную массу:

$M(C_n H_{2n-2}) = \frac{m(C_n H_{2n-2})}{\nu(C_n H_{2n-2})} = \frac{27,2 \text{ г}}{0,4 \text{ моль}} = 68 \text{ г/моль}$

6. Теперь определим формулу алкадиена. Молярная масса, выраженная через $n$, равна:

$M(C_n H_{2n-2}) = 12 \times n + 1 \times (2n - 2) = 14n - 2$

Приравняем это выражение к найденной молярной массе:

$14n - 2 = 68$

$14n = 70$

$n = 5$

Таким образом, молекулярная формула алкадиена — $C_5H_8$.

Теперь мы можем ответить на вопросы задачи.

1. Какой объём водорода (н. у.) потребуется для полного гидрирования

Реакция полного гидрирования (насыщения) алкадиена $C_5H_8$ водородом приводит к образованию соответствующего алкана. Для этого требуется 2 молекулы водорода:

$C_5H_8 + 2H_2 \rightarrow C_5H_{12}$

Из уравнения реакции следует, что количество вещества водорода в два раза больше количества вещества алкадиена.

$\nu(H_2) = 2 \times \nu(C_5H_8) = 2 \times 0,4 \text{ моль} = 0,8 \text{ моль}$

Объем водорода при нормальных условиях (н. у.) вычисляется с использованием молярного объема газов $V_m = 22,4 \text{ л/моль}$:

$V(H_2) = \nu(H_2) \times V_m = 0,8 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 17,92 \text{ л}$

Ответ: для полного гидрирования 27,2 г алкадиена потребуется 17,92 л водорода (н. у.).

2. Установите молекулярную формулу продукта гидрирования и составьте структурные формулы всех его изомеров

Продуктом полного гидрирования алкадиена $C_5H_8$ является алкан с тем же числом атомов углерода. Реакция: $C_5H_8 + 2H_2 \rightarrow C_5H_{12}$.

Следовательно, молекулярная формула продукта гидрирования — $C_5H_{12}$ (пентан).

Данный алкан имеет три структурных изомера:

1. н-пентан (или просто пентан): $\text{CH}_3\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–CH}_2\text{–CH}_3$

2. 2-метилбутан (изопентан): $\text{CH}_3\text{–CH(CH}_3\text{)–CH}_2\text{–CH}_3$

3. 2,2-диметилпропан (неопентан): $\text{CH}_3\text{–C(CH}_3\text{)}_2\text{–CH}_3$

Ответ: молекулярная формула продукта гидрирования — $C_5H_{12}$. Его структурные изомеры: н-пентан, 2-метилбутан и 2,2-диметилпропан.