Страница 100 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. Установите соответствие между исходными веществами и органическим продуктом их взаимодействия.

ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА

А) $C_6H_5NO_2$ и $H_2$

Б) $CH_3—NH_2$ и $H_2O$

В) $C_2H_5—NH_2$ и $H_2SO_4$

ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

1) $[C_6H_5—NH_3]OH$

2) $[CH_3—NH_3]OH$

3) $C_6H_5NH_2$

4) $C_2H_6$

5) $[C_2H_5—NH_3]HSO_4$

Решение

А) C₆H₅NO₂ и H₂

Исходные вещества — нитробензол ($C₆H₅NO₂$) и водород ($H₂$). Это реакция каталитического гидрирования нитробензола, которая является классическим способом получения анилина. В ходе реакции нитрогруппа (—NO₂) восстанавливается до аминогруппы (—NH₂).
Уравнение реакции выглядит следующим образом:
$C₆H₅NO₂ + 3H₂ \xrightarrow{Ni, Pt, t} C₆H₅NH₂ + 2H₂O$
Основным органическим продуктом является анилин, формула которого $C₆H₅NH₂$. В предложенном списке продуктов эта формула соответствует номеру 3.
Ответ: 3

Б) CH₃—NH₂ и H₂O

Исходные вещества — метиламин ($CH₃NH₂$) и вода ($H₂O$). Метиламин, как и другие алифатические амины, является органическим основанием. При взаимодействии с водой он обратимо протонируется, образуя ион метиламмония ($[CH₃NH₃]⁺$) и гидроксид-ион ($OH⁻$), что приводит к созданию щелочной среды.
Уравнение реакции диссоциации метиламина в воде:
$CH₃NH₂ + H₂O \rightleftharpoons [CH₃NH₃]⁺ + OH⁻$
Образующееся соединение — гидроксид метиламмония. В списке продуктов оно представлено формулой $[CH₃—NH₃]OH$ под номером 2.
Ответ: 2

В) C₂H₅—NH₂ и H₂SO₄

Исходные вещества — этиламин ($C₂H₅NH₂$) и серная кислота ($H₂SO₄$). Это реакция нейтрализации, в которой основание (этиламин) реагирует с сильной кислотой (серной кислотой). За счет неподеленной электронной пары у атома азота аминогруппа присоединяет протон ($H⁺$) от кислоты, образуя соль.
Уравнение реакции:
$C₂H₅NH₂ + H₂SO₄ \rightarrow [C₂H₅NH₃]HSO₄$
Продуктом реакции является гидросульфат этиламмония. В списке продуктов эта формула соответствует номеру 5.
Ответ: 5

Задания с развёрнутым ответом

12. К какому классу органических веществ можно отнести лекарственный препарат анестезин с местным обезболивающим действием, структурная формула которого ${H_2N - C_6H_4 - C(=O)OC_2H_5}$

Для того чтобы определить, к какому классу органических веществ относится анестезин, необходимо проанализировать его структурную формулу на предмет наличия функциональных групп.

Структурная формула анестезина:

$H_2N-C_6H_4-COOC_2H_5$

В данной молекуле можно выделить следующие функциональные группы и структурные элементы:

• Аминогруппа ($-NH_2$), непосредственно связанная с бензольным кольцом. Наличие этой группы позволяет отнести вещество к классу аминов. Поскольку аминогруппа связана с ароматическим ядром, это ароматический амин.
• Сложноэфирная группа ($-COO-R'$), в данном случае это этиловый эфир ($R' = -C_2H_5$). Наличие этой группы позволяет отнести соединение к классу сложных эфиров.
• Бензольное кольцо ($C_6H_4$), которое указывает на принадлежность вещества к ароматическим соединениям.

Таким образом, анестезин является бифункциональным соединением, так как в его молекуле содержатся две различные функциональные группы. Его можно одновременно классифицировать как ароматический амин и как сложный эфир. Если быть более точным, это сложный эфир ароматической аминокислоты (этиловый эфир 4-аминобензойной кислоты).

Ответ: Лекарственный препарат анестезин можно отнести к классу сложных эфиров и к классу ароматических аминов.

13. Определите, какая масса бромной воды с массовой долей брома $2 \ \%$ потребуется для полного взаимодействия с $9,3 \text{ г}$ анилина.

Дано:

$m(C_6H_5NH_2) = 9,3 \text{ г}$

$\omega(Br_2) = 2\% = 0,02$

Найти:

$m(\text{раствора } Br_2) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции взаимодействия анилина с бромом. При взаимодействии анилина с бромной водой происходит замещение атомов водорода в бензольном кольце в орто- и пара-положениях, образуется белый осадок 2,4,6-триброманилина:

$C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3NH_2 \downarrow + 3HBr$

2. Рассчитаем количество вещества анилина ($C_6H_5NH_2$), масса которого дана в условии. Для этого сначала вычислим молярную массу анилина:

$M(C_6H_5NH_2) = 6 \cdot A_r(C) + 7 \cdot A_r(H) + 1 \cdot A_r(N) = 6 \cdot 12,01 + 7 \cdot 1,01 + 14,01 \approx 93 \text{ г/моль}$

Теперь найдем количество вещества анилина:

$n(C_6H_5NH_2) = \frac{m(C_6H_5NH_2)}{M(C_6H_5NH_2)} = \frac{9,3 \text{ г}}{93 \text{ г/моль}} = 0,1 \text{ моль}$

3. Согласно уравнению реакции, на 1 моль анилина расходуется 3 моль брома. Определим количество вещества брома ($Br_2$), необходимое для реакции:

$n(Br_2) = 3 \cdot n(C_6H_5NH_2) = 3 \cdot 0,1 \text{ моль} = 0,3 \text{ моль}$

4. Вычислим массу чистого брома, которая соответствует найденному количеству вещества. Молярная масса брома ($Br_2$):

$M(Br_2) = 2 \cdot A_r(Br) = 2 \cdot 79,9 \approx 160 \text{ г/моль}$

Масса брома:

$m(Br_2) = n(Br_2) \cdot M(Br_2) = 0,3 \text{ моль} \cdot 160 \text{ г/моль} = 48 \text{ г}$

5. Найденная масса (48 г) — это масса чистого брома, который должен содержаться в растворе бромной воды. Зная массовую долю брома в растворе (2 %), можем рассчитать общую массу бромной воды.

Массовая доля вещества ($\omega$) определяется по формуле: $\omega(\text{вещества}) = \frac{m(\text{вещества})}{m(\text{раствора})}$

Выразим из формулы массу раствора:

$m(\text{раствора } Br_2) = \frac{m(Br_2)}{\omega(Br_2)} = \frac{48 \text{ г}}{0,02} = 2400 \text{ г}$

Ответ: для полного взаимодействия с 9,3 г анилина потребуется 2400 г бромной воды с массовой долей брома 2 %.

1. К аминам не относится вещество, формула которого

1) $C_2H_5NO_2$

2) $CH_3NH_2$

3) $C_6H_5NH_2$

4) $C_2H_5-CO-NH_2$

Решение

Амины – это органические соединения, которые можно рассматривать как производные аммиака ($NH_3$), в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на углеводородные группы (радикалы). Характерной чертой аминов является наличие аминогруппы ($–NH_2$, $>NH$ или $>N–$), в которой атом азота напрямую связан с атомом углерода алкильного или арильного радикала. Важно, что этот атом углерода не является частью карбонильной группы ($C=O$).

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) $C_2H_5NO_2$ — это общая молекулярная формула, которая может соответствовать нескольким различным по строению веществам (изомерам). Например, этой формуле соответствует нитроэтан ($C_2H_5–NO_2$), который относится к классу нитросоединений и не является амином. Однако этой же формуле соответствует и аминоуксусная кислота (глицин, $NH_2–CH_2–COOH$), которая, являясь аминокислотой, содержит аминогруппу и обладает свойствами аминов. Таким образом, нельзя однозначно утверждать, что вещество с этой формулой не является амином.

2) $CH_3NH_2$ — это метиламин. В его молекуле один атом водорода аммиака замещен на метильную группу ($CH_3–$). Это типичный представитель первичных алифатических аминов.

3) $C_6H_5NH_2$ — это анилин, или фениламин. В его молекуле один атом водорода аммиака замещен на фенильную группу ($C_6H_5–$). Это классический пример ароматического амина.

4) $C_2H_5–CO–NH_2$ — это пропанамид. В данном соединении атом азота связан с атомом углерода карбонильной группы ($C=O$). Такая функциональная группа ($–CO–NH_2$) называется амидной. Вещества с такой группой относятся к классу амидов. Амиды являются производными карбоновых кислот и по своим химическим свойствам (в частности, они не проявляют основных свойств) кардинально отличаются от аминов. Следовательно, пропанамид не является амином.

Сравнивая все варианты, мы видим, что метиламин и анилин — это амины. Пропанамид — это амид, который не относится к аминам. Формула $C_2H_5NO_2$ неоднозначна, но может представлять соединение с аминогруппой. Самым точным и однозначным ответом на вопрос, какое вещество не относится к аминам, является пропанамид.

Ответ: 4) $C_2H_5–CO–NH_2$

2. Изомером бутиламина не является вещество, формула которого

1) ${CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-NH_2}$

2) ${CH_3-\underset{CH_3}{CH}-CH_2-NH_2}$

3) ${CH_3-CH_2-\overset{CH_3}{CH}-NH_2}$

4) ${CH_3-\underset{NH_2}{CH}-CH_2-CH_3}$

Дано:
Структурные формулы четырех веществ:
1) $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-NH_2$
2) $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-NH_2$
3) $CH_3-CH_2-CH(NH_2)-CH_3$ (согласно изображению)
4) $CH_3-CH(NH_2)-CH_2-CH_3$
Сравнить с веществом: бутиламин.

Найти:
Вещество, которое не является изомером бутиламина.

Решение:

Изомеры — это химические соединения, которые имеют одинаковую молекулярную формулу (одинаковый атомный состав), но разное строение и, как следствие, разные свойства.

Для начала определим молекулярную формулу бутиламина. Название "бутиламин" указывает на наличие бутильного радикала ($C_4H_9$) и аминогруппы ($-NH_2$). Таким образом, его молекулярная формула — $C_4H_9NH_2$.

Подсчитаем общее число атомов каждого элемента в молекуле бутиламина:
Атомов углерода (C): 4
Атомов водорода (H): 9 + 2 = 11
Атомов азота (N): 1
Следовательно, общая молекулярная формула для бутиламина и всех его изомеров — $C_4H_{11}N$.

Теперь последовательно проанализируем каждое из предложенных в задании веществ, определив их молекулярную формулу путем подсчета атомов.

1) $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-NH_2$

Это соединение называется бутан-1-амин.
Число атомов C: 4.
Число атомов H: 3 + 2 + 2 + 2 + 2 = 11.
Число атомов N: 1.
Молекулярная формула этого вещества — $C_4H_{11}N$. Оно является изомером бутиламина.

2) $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-NH_2$

Это соединение называется 2-метилпропан-1-амин.
Число атомов C: 1 + 1 + 1 + 1 = 4.
Число атомов H: 3 + 1 + 3 + 2 + 2 = 11.
Число атомов N: 1.
Молекулярная формула этого вещества — $C_4H_{11}N$. Оно является изомером бутиламина.

3) $CH_3-CH_2-CH(NH_2)-CH_3$

Это соединение называется бутан-2-амин.
Число атомов C: 1 + 1 + 1 + 1 = 4.
Число атомов H: 3 + 2 + 1 + 3 + 2 = 11.
Число атомов N: 1.
Молекулярная формула этого вещества — $C_4H_{11}N$. Оно является изомером бутиламина.

4) $CH_3-CH(NH_2)-CH_2-CH_3$

Это соединение также является бутан-2-амином. Его структурная формула идентична веществу, представленному в пункте 3.
Число атомов C: 1 + 1 + 1 + 1 = 4.
Число атомов H: 3 + 1 + 2 + 3 + 2 = 11.
Число атомов N: 1.
Молекулярная формула этого вещества — $C_4H_{11}N$. Оно является изомером бутиламина.

В результате анализа установлено, что все четыре предложенных вещества имеют одинаковую молекулярную формулу $C_4H_{11}N$. Это означает, что все они являются изомерами бутиламина. Задание сформулировано некорректно, так как среди вариантов ответа отсутствует вещество, которое не являлось бы изомером бутиламина.

Ответ: В условии задачи допущена ошибка. Все перечисленные вещества являются изомерами бутиламина, так как имеют одинаковую молекулярную формулу $C_4H_{11}N$.