Страница 128 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

6. Алканы не вступают в реакцию

1) присоединения

2) горения

3) разложения

4) замещения

Решение:
Алканы — это насыщенные углеводороды, в молекулах которых все атомы углерода связаны между собой только одинарными (сигма-) связями. Эти связи являются очень прочными, поэтому алканы химически малоактивны. Чтобы определить, в какой из перечисленных реакций алканы не участвуют, проанализируем каждый тип реакции.

1) присоединения
Реакции присоединения характерны для соединений, имеющих кратные (двойные или тройные) связи, так как они происходят за счет разрыва менее прочной π-связи. В молекулах алканов присутствуют только прочные одинарные σ-связи, поэтому они не способны вступать в реакции присоединения. Это и есть правильный ответ.

2) горения
Алканы активно вступают в реакцию горения (взаимодействия с кислородом), что является их важным химическим свойством и основой их применения в качестве топлива. При полном сгорании образуются углекислый газ и вода. Например, реакция горения метана:
$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

3) разложения
При воздействии высоких температур алканы подвергаются разложению (пиролизу). В ходе этого процесса рвутся связи $C-C$ и $C-H$, что приводит к образованию более простых веществ. Например, крекинг высших алканов для получения бензина или разложение метана на углерод и водород при $t > 1000^\circ C$:
$CH_4 \xrightarrow{t} C + 2H_2$

4) замещения
Реакции замещения являются наиболее характерными для алканов. В этих реакциях атом водорода в молекуле алкана замещается на другой атом или группу атомов, например, на атом галогена. Реакция протекает по свободно-радикальному механизму, как правило, при УФ-облучении или нагревании. Например, хлорирование этана:
$C_2H_6 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_2H_5Cl + HCl$

Вывод: из всех перечисленных типов химических превращений алканы не вступают только в реакции присоединения.

Ответ: 1

7. Укажите вещество, которое не способно обесцветить раствор перманганата калия.

1) бензол

2) пропин

3) этилен

4) пропадиен

Решение

Вопрос заключается в том, чтобы определить, какое из предложенных органических соединений не будет вступать в реакцию с раствором перманганата калия ($KMnO_4$), то есть не будет его обесцвечивать. Обесцвечивание раствора перманганата калия является качественной реакцией (проба Вагнера) на наличие в молекуле легкоокисляемых групп, в частности, кратных углерод-углеродных связей (двойных $C=C$ или тройных $C \equiv C$).

Рассмотрим каждое вещество по отдельности:

1) бензол
Бензол ($C_6H_6$) — это ароматический углеводород. Несмотря на формальную ненасыщенность, его молекула содержит особо устойчивую сопряженную $\pi$-электронную систему (ароматическое кольцо). Эта система устойчива к действию большинства окислителей, включая водный раствор перманганата калия, в обычных условиях (при комнатной температуре). Поэтому бензол не обесцвечивает раствор $KMnO_4$.

2) пропин
Пропин ($CH_3-C \equiv CH$) — это алкин, содержащий тройную связь. Алкины являются непредельными соединениями и легко окисляются перманганатом калия, что приводит к разрыву кратной связи и обесцвечиванию раствора.

3) этилен
Этилен ($CH_2=CH_2$) — это алкен, содержащий двойную связь. Алкены легко вступают в реакцию мягкого окисления с раствором $KMnO_4$, образуя двухатомные спирты (гликоли). Реакция сопровождается исчезновением фиолетовой окраски раствора.

4) пропадиен
Пропадиен ($CH_2=C=CH_2$) — это диеновый углеводород, содержащий две двойные связи. Как и другие непредельные соединения, он активно реагирует с перманганатом калия, обесцвечивая его.

Таким образом, единственное вещество из предложенного списка, которое не способно обесцветить раствор перманганата калия в обычных условиях, — это бензол, благодаря высокой стабильности его ароматической системы.

Ответ: 1.

8. Нефть является природным источником

1) аренов

2) алканов

3) циклоалканов

4) все предыдущие ответы верны

Нефть является сложной природной смесью, которая состоит в основном из различных углеводородов. Для определения правильного ответа необходимо рассмотреть основные классы углеводородов, входящих в состав нефти.

1) аренов
Арены (ароматические углеводороды) — это класс углеводородов, содержащих одно или несколько бензольных колец. Примерами являются бензол, толуол, ксилолы. Арены являются важным компонентом нефти, их содержание может варьироваться, но они присутствуют практически во всех видах нефти. Следовательно, нефть является природным источником аренов.

2) алканов
Алканы (парафины) — это насыщенные ациклические углеводороды с общей формулой $C_n H_{2n+2}$. Они часто составляют основную массу нефти (до 70-80% в некоторых видах). К ним относятся как лёгкие газообразные углеводороды (метан, этан), так и более тяжёлые жидкие и твёрдые компоненты. Таким образом, нефть является основным природным источником алканов.

3) циклоалканов
Циклоалканы (нафтены) — это насыщенные циклические углеводороды с общей формулой $C_n H_{2n}$. Наряду с алканами, они являются одним из главных компонентов нефти. Примеры: циклопентан, циклогексан и их производные. Их содержание в нефти также значительно. Следовательно, нефть является природным источником и циклоалканов.

Так как нефть является природным источником всех трёх перечисленных классов органических соединений (аренов, алканов и циклоалканов), то все первые три варианта ответа являются верными. Это означает, что наиболее полный и правильный ответ — четвертый.

Ответ: 4) все предыдущие ответы верны

9. Укажите вещество X в схеме превращений

$C_6H_{14} \longrightarrow X \longrightarrow C_6H_5Br$

1) гексен

2) бензол

3) толуол

4) гексан

Решение

В представленной схеме превращений необходимо определить промежуточное вещество X.

Схема превращений: $C_6H_{14} \rightarrow X \rightarrow C_6H_5Br$

1. Анализ исходного и конечного веществ.

Исходное вещество – $C_6H_{14}$ – гексан, который относится к классу алканов (насыщенных углеводородов). Его структурная формула $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$.

Конечное вещество – $C_6H_5Br$ – бромбензол, который является галогенпроизводным ароматического углеводорода – бензола ($C_6H_6$).

2. Определение вещества X.

Первый этап: $C_6H_{14} \rightarrow X$. Чтобы из гексана (алифатического соединения) получить производное бензола (ароматического соединения), необходимо сначала получить сам бензол. Превращение гексана в бензол является реакцией ароматизации (или каталитической дегидроциклизации). Реакция протекает при нагревании в присутствии катализатора (например, $Pt$ или $Cr_2O_3$):

$C_6H_{14} \xrightarrow{t, kat} C_6H_6 + 4H_2$

Таким образом, вещество X – это бензол ($C_6H_6$).

Второй этап: $X \rightarrow C_6H_5Br$. Проверим, может ли бензол превращаться в бромбензол. Реакция бензола с бромом в присутствии катализатора (кислоты Льюиса, например, $FeBr_3$) приводит к образованию бромбензола. Это реакция электрофильного замещения:

$C_6H_6 + Br_2 \xrightarrow{FeBr_3} C_6H_5Br + HBr$

Эта реакция подтверждает, что вещество X – это бензол. Цепочка превращений является химически корректной, если X – бензол.

Сравним с предложенными вариантами:

• 1) гексен – продукт дегидрирования гексана, но не ароматизации.
• 3) толуол ($C_7H_8$) – содержит 7 атомов углерода и не может быть получен из гексана ($C_6H_{14}$) в одну стадию.
• 4) гексан – является исходным веществом, а не промежуточным продуктом X.

Следовательно, вещество X – это бензол.

Ответ: 2) бензол.

10. Формулы веществ X и Y в схеме превращений

$CaC_2 \xrightarrow{+H_2O} X \xrightarrow{+H_2} Y$

соответственно

1) $C_2H_4$ и $C_2H_6$

2) $C_2H_6$ и $C_6H_6$

3) $C_2H_2$ и $C_2H_6$

4) $C_6H_6$ и $C_6H_{12}$

Решение

Рассмотрим предложенную схему химических превращений: $CaC_2 \xrightarrow{+H_2O} X \xrightarrow{+H_2} Y$.

Первая реакция в цепочке — это взаимодействие карбида кальция ($CaC_2$) с водой ($H_2O$). Это промышленный и лабораторный способ получения ацетилена (этина). Уравнение реакции выглядит следующим образом:

$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2 \uparrow + Ca(OH)_2$

Таким образом, вещество X — это ацетилен, его химическая формула $C_2H_2$.

Вторая реакция — это взаимодействие полученного ацетилена (вещество X) с водородом ($H_2$). Это реакция каталитического гидрирования. При полном гидрировании ацетилена (алкина с тройной связью) образуется соответствующий алкан — этан. Реакция требует двух молей водорода на один моль ацетилена:

$C_2H_2 + 2H_2 \xrightarrow{Ni/Pt/Pd} C_2H_6$

Таким образом, вещество Y — это этан, его химическая формула $C_2H_6$.

Итак, формулы веществ X и Y соответственно: $C_2H_2$ и $C_2H_6$. Этот набор формул соответствует варианту ответа под номером 3.

Ответ: 3

11. Углеводороды образуются в результате реакций

1) горения метана

2) дегидрирования этана

3) гидратации этилена

4) нитрования бензола

5) гидрирования ацетилена

Решение

Углеводороды — это органические соединения, состоящие исключительно из атомов углерода (C) и водорода (H). Проанализируем каждую из предложенных реакций, чтобы определить, в каких из них продуктом является углеводород.

1) горения метана

Горение метана ($CH_4$) — это реакция окисления кислородом. При полном сгорании образуются оксид углерода(IV) ($CO_2$) и вода ($H_2O$). Ни один из этих продуктов не является углеводородом.

Уравнение реакции полного горения: $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

При неполном горении могут образовываться угарный газ ($CO$) или сажа ($C$), но не новые углеводороды. Таким образом, в результате этой реакции углеводороды не образуются.

Ответ: в результате реакции углеводород не образуется.

2) дегидрирования этана

Дегидрирование этана ($C_2H_6$) — это реакция отщепления молекулы водорода ($H_2$) от молекулы этана. Эта реакция приводит к образованию непредельного углеводорода — этилена (этена, $C_2H_4$), который относится к классу алкенов.

Уравнение реакции: $C_2H_6 \xrightarrow{t, \text{кат.}} C_2H_4 + H_2$

Поскольку этилен ($C_2H_4$) состоит только из атомов углерода и водорода, он является углеводородом. Следовательно, в результате этой реакции образуется углеводород.

Ответ: в результате реакции образуется углеводород.

3) гидратации этилена

Гидратация этилена ($C_2H_4$) — это реакция присоединения молекулы воды ($H_2O$) к молекуле этилена. В результате этой реакции образуется этиловый спирт (этанол, $C_2H_5OH$).

Уравнение реакции: $C_2H_4 + H_2O \xrightarrow{H^+} C_2H_5OH$

Этанол ($C_2H_5OH$) содержит атом кислорода, поэтому он относится к классу спиртов (кислородсодержащих органических соединений) и не является углеводородом.

Ответ: в результате реакции углеводород не образуется.

4) нитрования бензола

Нитрование бензола ($C_6H_6$) — это реакция замещения атома водорода в бензольном кольце на нитрогруппу ($-NO_2$). Реакция протекает при действии нитрующей смеси (смесь концентрированных азотной и серной кислот). Продуктом реакции является нитробензол ($C_6H_5NO_2$).

Уравнение реакции: $C_6H_6 + HNO_3 \xrightarrow{H_2SO_4} C_6H_5NO_2 + H_2O$

Нитробензол ($C_6H_5NO_2$) содержит атомы азота и кислорода и является нитросоединением, а не углеводородом.

Ответ: в результате реакции углеводород не образуется.

5) гидрирования ацетилена

Гидрирование ацетилена ($C_2H_2$) — это реакция присоединения водорода ($H_2$) по тройной связи. В зависимости от условий и катализатора, реакция может приводить к образованию этилена ($C_2H_4$) (неполное гидрирование) или этана ($C_2H_6$) (полное гидрирование).

Уравнение неполного гидрирования: $C_2H_2 + H_2 \xrightarrow{\text{Pd/PbCO}_3} C_2H_4$

Уравнение полного гидрирования: $C_2H_2 + 2H_2 \xrightarrow{\text{Ni}, t} C_2H_6$

И этилен ($C_2H_4$), и этан ($C_2H_6$) являются углеводородами (алкен и алкан соответственно). Следовательно, в результате этой реакции образуется углеводород.

Ответ: в результате реакции образуется углеводород.

Таким образом, углеводороды образуются в результате реакций дегидрирования этана и гидрирования ацетилена.

Ответ: 2, 5.