Номер 7, страница 25 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

7. Бутан и бутен можно распознать с помощью

1) реакции горения

2) бромоводорода

3) раствора перманганата калия

4) раствора гидроксида натрия

Решение

Задача состоит в том, чтобы найти способ химически различить бутан и бутен. Основное различие между этими двумя веществами заключается в их строении и, как следствие, в химических свойствах.

• Бутан ($C_4H_{10}$) — это алкан, предельный (насыщенный) углеводород. В его молекуле все связи между атомами углерода одинарные, что делает его химически малоактивным.
• Бутен ($C_4H_8$) — это алкен, непредельный (ненасыщенный) углеводород. В его молекуле присутствует одна двойная связь углерод-углерод ($C=C$). Наличие этой кратной связи делает бутен значительно более реакционноспособным, в частности, он легко вступает в реакции присоединения и окисления.

Качественной реакцией для распознавания этих классов соединений является реакция, в которой одно вещество участвует, а другое нет, и при этом наблюдается явный визуальный эффект (изменение цвета, выпадение осадка и т.п.).

Проанализируем предложенные варианты:

1) реакции горения

И бутан, и бутен являются горючими веществами. Они оба горят на воздухе с образованием углекислого газа и воды.
Реакция горения бутана: $2C_4H_{10} + 13O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10H_2O$.
Реакция горения бутена: $C_4H_8 + 6O_2 \rightarrow 4CO_2 + 4H_2O$.
Хотя стехиометрия реакций различна, визуально отличить горение одного газа от другого затруднительно. Поэтому этот метод не подходит для их распознавания.

2) бромоводорода

Бромоводород ($HBr$) вступает в реакцию электрофильного присоединения с бутеном по месту двойной связи. Например, для бутена-1:
$CH_2=CH-CH_2-CH_3 + HBr \rightarrow CH_3-CHBr-CH_2-CH_3$ (2-бромбутан).
Бутан, как алкан, не реагирует с бромоводородом в обычных условиях. Однако эта реакция не сопровождается очевидным визуальным изменением, таким как изменение цвета, что делает ее неудобной для качественного анализа.

3) раствора перманганата калия

Водный раствор перманганата калия ($KMnO_4$) является сильным окислителем и используется в качественной реакции на непредельные соединения (реакция Вагнера).
Бутен, как алкен, легко окисляется раствором $KMnO_4$, что приводит к разрыву π-связи и образованию двухатомного спирта (бутандиола). При этом происходит обесцвечивание фиолетового раствора перманганата и образование бурого осадка диоксида марганца ($MnO_2$).
$3C_4H_8 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3C_4H_8(OH)_2 + 2MnO_2 \downarrow + 2KOH$.
Бутан, как насыщенный углеводород, устойчив к действию раствора перманганата калия, и реакция не протекает. Окраска раствора не изменится.
Этот метод дает четкий визуальный результат и позволяет надежно отличить алкен от алкана.

4) раствора гидроксида натрия

Ни бутан, ни бутен не обладают кислотными или основными свойствами, достаточными для реакции с водным раствором гидроксида натрия ($NaOH$). Поэтому данный реагент не позволит их различить.

Таким образом, единственный подходящий способ из предложенных для распознавания бутана и бутена — это использование раствора перманганата калия.

Ответ: 3) раствора перманганата калия