Страница 130 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

4. Тройная связь содержится в молекуле

1) этилена

2) ацетилена

3) бензола

4) пропена

Решение

Для того чтобы определить, в какой молекуле содержится тройная связь, необходимо рассмотреть строение каждого из предложенных органических соединений.

1) этилена

Этилен (систематическое название — этен) является представителем класса алкенов с химической формулой $C_2H_4$. Его структурная формула — $CH_2=CH_2$. В молекуле этилена между атомами углерода имеется одна двойная ковалентная связь. Тройная связь отсутствует.

2) ацетилена

Ацетилен (систематическое название — этин) является простейшим представителем класса алкинов. Его химическая формула — $C_2H_2$. Структурная формула ацетилена — $H-C \equiv C-H$. Как видно из формулы, в его молекуле между двумя атомами углерода присутствует одна тройная ковалентная связь.

3) бензола

Бензол — это ароматический углеводород с химической формулой $C_6H_6$. Его молекула представляет собой шестичленный цикл, в котором все связи между атомами углерода равноценны и являются полуторными за счет образования единой сопряженной $\pi$-электронной системы. Тройные связи в молекуле бензола отсутствуют.

4) пропена

Пропен (пропилен) — это алкен с химической формулой $C_3H_6$. Его структурная формула — $CH_2=CH-CH_3$. В молекуле пропена присутствует одна двойная связь и одна одинарная связь между атомами углерода. Тройная связь отсутствует.

Таким образом, проанализировав строение всех предложенных соединений, можно заключить, что тройная связь содержится только в молекуле ацетилена.

Ответ: 2) ацетилена.

5. Верны ли утверждения?

А. Для предельных углеводородов наиболее характерны реакции горения и замещения, а для непредельных — реакции присоединения.

Б. Для бензола характерны реакции замещения (протекают легче, чем у алканов) и присоединения (протекают труднее, чем у алкенов).

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Для того чтобы определить верность утверждений, проанализируем каждое из них.

А. Для предельных углеводородов наиболее характерны реакции горения и замещения, а для непредельных — реакции присоединения.
Данное утверждение является верным.
Предельные углеводороды (алканы) имеют в своей структуре только прочные одинарные $\sigma$-связи $C-C$ и связи $C-H$. Для них характерны реакции, идущие с разрывом связей $C-H$ — это реакции замещения (например, галогенирование при УФ-облучении). Также все органические вещества, в том числе алканы, горят, поэтому реакция горения для них также является характерной.
Непредельные углеводороды (алкены, алкины) содержат в молекулах кратные связи (двойные или тройные). Наличие в этих связях менее прочной $\pi$-связи обуславливает их высокую реакционную способность в реакциях присоединения, которые являются для них наиболее типичными.

Б. Для бензола характерны реакции замещения (протекают легче, чем у алканов) и присоединения (протекают труднее, чем у алкенов).
Данное утверждение также является верным.
Бензол — ароматический углеводород с особой, очень устойчивой сопряженной $\pi$-электронной системой. Поэтому для бензола характерны реакции, которые не нарушают эту систему, а именно реакции замещения атомов водорода в бензольном кольце. Реакции электрофильного замещения у бензола (например, нитрование, бромирование в присутствии катализатора) протекают в более мягких условиях, чем реакции радикального замещения у алканов, требующие высоких температур или жесткого УФ-облучения.
Реакции присоединения для бензола возможны, но они приводят к разрушению стабильной ароматической системы, что энергетически невыгодно. Поэтому они протекают в очень жестких условиях (высокие температура и давление, УФ-облучение), в то время как алкены легко вступают в реакции присоединения даже при комнатной температуре. Следовательно, реакции присоединения для бензола протекают значительно труднее, чем для алкенов.

Поскольку оба утверждения, А и Б, являются верными, правильный вариант ответа — 3.

Ответ: 3

6. В отличие от этена для этана характерна реакция

1) горения

2) замещения

3) присоединения

4) полимеризации

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо сравнить химические свойства этана и этена.

Этан ($C_2H_6$) — это алкан, предельный (насыщенный) углеводород. В его молекуле все связи одинарные ($C-C$ и $C-H$), которые являются прочными $\sigma$-связями.

Этен ($C_2H_4$) — это алкен, непредельный (ненасыщенный) углеводород. В его молекуле присутствует одна двойная связь ($C=C$), которая состоит из одной прочной $\sigma$-связи и одной менее прочной $\pi$-связи.

Рассмотрим предложенные типы реакций:

1) горения
Реакция горения (окисление кислородом до углекислого газа и воды) характерна для всех органических веществ, включая и этан, и этен.
$2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O$
$C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$
Следовательно, это не отличительная реакция.

3) присоединения
Реакции присоединения характерны для непредельных углеводородов, так как они протекают с разрывом менее прочной $\pi$-связи в молекуле. Этен легко вступает в реакции присоединения (гидрирования, галогенирования, гидрогалогенирования, гидратации). Для этана, как для насыщенного углеводорода, такие реакции не характерны.
Пример для этена: $CH_2=CH_2 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CH_2Br$.
Таким образом, это реакция, характерная для этена, а не для этана.

4) полимеризации
Полимеризация — это частный случай реакции присоединения, в ходе которой молекулы мономера (этена) соединяются друг с другом за счет разрыва кратных связей. Этан в эту реакцию не вступает.
Пример для этена: $n(CH_2=CH_2) \rightarrow [-CH_2-CH_2-]_n$.
Это также реакция, характерная для этена, а не для этана.

2) замещения
Реакции замещения (например, с галогенами на свету) являются наиболее характерными для алканов, в том числе для этана. В ходе этих реакций происходит замещение атома водорода на атом галогена.
Пример для этана: $C_2H_6 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_2H_5Cl + HCl$.
Для этена, в отличие от этана, реакции замещения не являются основными; для него более характерны реакции присоединения по двойной связи. Поэтому именно реакции замещения являются отличительной чертой химических свойств этана по сравнению с этеном.

Ответ: 2

7. Обесцвечивает раствор перманганата калия и бромную воду каждое из двух веществ:

1) бензол и этилен

2) этилен и ацетилен

3) ацетилен и этан

4) метан и бензол

Решение

Для решения этой задачи необходимо определить, какие из предложенных веществ способны вступать в реакции, приводящие к обесцвечиванию раствора перманганата калия ($KMnO_4$) и бромной воды ($Br_2(aq)$). Эти две реакции являются качественными тестами на наличие непредельных (кратных) связей в молекулах органических соединений.

Обесцвечивание раствора перманганата калия (реакция Вагнера) и бромной воды происходит при взаимодействии с веществами, содержащими двойные ($C=C$) или тройные ($C \equiv C$) связи, то есть с алкенами и алкинами. Насыщенные углеводороды (алканы) и, как правило, ароматические углеводороды (например, бензол) в обычных условиях в такие реакции не вступают.

Рассмотрим каждую предложенную пару:

1) бензол и этилен
Этилен ($CH_2=CH_2$) является алкеном, имеет двойную связь. Он вступает в реакцию окисления с $KMnO_4$ и в реакцию присоединения с $Br_2$, обесцвечивая оба раствора.
Бензол ($C_6H_6$) — ароматический углеводород. Из-за особой устойчивости ароматической системы он не реагирует с бромной водой и раствором перманганата калия в обычных условиях.
Поскольку бензол не удовлетворяет условию, данный вариант ответа не является верным.

2) этилен и ацетилен
Этилен ($CH_2=CH_2$), как указано выше, реагирует с обоими реагентами.
Ацетилен ($CH \equiv CH$) является алкином, имеет тройную связь. Как и все непредельные углеводороды, он легко окисляется перманганатом калия и присоединяет бром, что приводит к обесцвечиванию их растворов.
Поскольку оба вещества являются непредельными и реагируют с указанными реагентами, этот вариант ответа является верным.

3) ацетилен и этан
Ацетилен ($CH \equiv CH$), как указано выше, реагирует с обоими реагентами.
Этан ($C_2H_6$) — предельный углеводород (алкан). Он не содержит кратных связей и не вступает в реакции с бромной водой и раствором перманганата калия.
Поскольку этан не удовлетворяет условию, данный вариант ответа не является верным.

4) метан и бензол
Метан ($CH_4$) — предельный углеводород (алкан), не реагирует с данными реагентами.
Бензол ($C_6H_6$), как было показано, также не реагирует с ними в обычных условиях.
Поскольку оба вещества не удовлетворяют условию, данный вариант ответа не является верным.

Таким образом, единственной парой веществ, где каждый компонент обесцвечивает и раствор перманганата калия, и бромную воду, является пара "этилен и ацетилен".

Ответ: 2

8. Полиэтилен получают в процессе

1) полимеризации

2) изомеризации

3) гидрогенизации

4) вулканизации

Решение

Полиэтилен — это высокомолекулярное соединение, или полимер. Его получают из мономера, которым является этилен (этен). Процесс последовательного соединения молекул мономера в длинные макромолекулы называется полимеризацией.

Реакция получения полиэтилена из этилена является реакцией полимеризации присоединения. В этой реакции происходит разрыв двойной связи C=C в каждой молекуле этилена, и за счет свободных валентностей молекулы соединяются в длинную цепь.

Схематически эту реакцию можно записать так:

$n(CH_2=CH_2) \xrightarrow{t, p, kat} (-CH_2-CH_2-)_n$

где n — степень полимеризации, то есть количество мономерных звеньев в макромолекуле.

Рассмотрим остальные варианты:

• Изомеризация — это процесс превращения вещества в его изомер (вещество с тем же атомным составом, но другим строением). Этот процесс не используется для получения полиэтилена.
• Гидрогенизация (гидрирование) — это реакция присоединения водорода. Гидрогенизация этилена приведет к образованию этана ($CH_3-CH_3$), а не полиэтилена.
• Вулканизация — это процесс отверждения каучуков путем их сшивания поперечными химическими связями (например, с помощью серы). Этот процесс применяется для улучшения свойств уже существующих полимеров, а не для их синтеза из мономеров.

Следовательно, единственный верный процесс для получения полиэтилена из предложенных — это полимеризация.

Ответ: 1

9. Укажите вещество X в схеме превращений

$C_2H_6 \to X \to C_2H_5OH$

1) метан

2) этилен

3) ацетилен

4) этан

Решение

В данной задаче представлена схема химических превращений: $C_2H_6 \rightarrow X \rightarrow C_2H_5OH$. Необходимо определить, какое вещество скрывается под обозначением X.

Исходное вещество – этан ($C_2H_6$), конечный продукт – этанол ($C_2H_5OH$). Проанализируем каждый этап превращения и предложенные варианты ответа.

Самый распространённый и логичный способ получения этанола из этана в две стадии включает следующие реакции:

1. Первый этап: $C_2H_6 \rightarrow X$. Это реакция дегидрирования этана (отщепление водорода) при высокой температуре и в присутствии катализатора (например, $Ni$, $Pt$, $Cr_2O_3$). В результате этой реакции образуется этилен ($C_2H_4$).
Уравнение реакции:
$C_2H_6 \xrightarrow{t, \text{кат.}} C_2H_4 + H_2$

2. Второй этап: $X \rightarrow C_2H_5OH$. Это реакция гидратации этилена (присоединение воды) в кислой среде при повышенной температуре и давлении. В результате этой реакции образуется этанол ($C_2H_5OH$).
Уравнение реакции:
$C_2H_4 + H_2O \xrightarrow{H^+, t, p} C_2H_5OH$

Таким образом, вещество X, которое образуется из этана и из которого затем можно получить этанол, является этиленом ($C_2H_4$). Этот вариант соответствует пункту 2).

Рассмотрим, почему другие варианты не подходят:

1) метан — Превращение этана (2 атома углерода) в метан (1 атом углерода), а затем метана в этанол (2 атома углерода) является нелогичной и сложной с точки зрения препаративной химии.

3) ацетилен — Получение этанола из ацетилена ($C_2H_2$) возможно, но обычно включает стадию образования ацетальдегида (реакция Кучерова), что является более сложным процессом, чем прямая гидратация этилена.

4) этан — Вещество X не может быть исходным веществом ($C_2H_6$), так как стрелка в схеме превращений обозначает химическую реакцию, в ходе которой вещество изменяется.

Следовательно, наиболее верным является путь через этилен.

Ответ: 2) этилен

10. Формулы веществ X и Y в схеме превращений

$Al_4C_3 \xrightarrow{X} CH_4 \xrightarrow{Y} CH_3Cl$

соответственно

1) $CO_2$ и $HCl$

2) $H_2O$ и $Cl_2$

3) $HCl$ и $Cl_2$

4) $H_2$ и $HCl$

Решение

Проанализируем каждый этап цепочки превращений, чтобы определить вещества X и Y.

1. Превращение $Al_4C_3 \xrightarrow{X} CH_4$

На первой стадии из карбида алюминия ($Al_4C_3$) получают метан ($CH_4$). Карбид алюминия относится к классу метанидов. Метаниды вступают в реакцию гидролиза (взаимодействие с водой) или реагируют с кислотами, образуя метан. Рассмотрим оба варианта:

• Взаимодействие с водой (X = $H_2O$):

  $Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3\downarrow + 3CH_4\uparrow$

• Взаимодействие с соляной кислотой (X = $HCl$):

  $Al_4C_3 + 12HCl \rightarrow 4AlCl_3 + 3CH_4\uparrow$

Таким образом, веществом X может быть как вода ($H_2O$), так и соляная кислота ($HCl$).

2. Превращение $CH_4 \xrightarrow{Y} CH_3Cl$

На второй стадии метан ($CH_4$) превращается в хлорметан ($CH_3Cl$). Эта реакция является реакцией замещения, при которой атом водорода в молекуле метана замещается на атом хлора. Это — реакция свободно-радикального галогенирования, которая протекает при взаимодействии метана с хлором ($Cl_2$) при нагревании или под действием ультрафиолетового света ($h\nu$).

Уравнение реакции:

$CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl$

Следовательно, реагент Y — это хлор ($Cl_2$).

Выбор правильного варианта

Мы установили, что X может быть $H_2O$ или $HCl$, а Y — это $Cl_2$. Сравним наши выводы с предложенными вариантами:

• 1) $CO_2$ и $HCl$ — неверно, так как Y — это $Cl_2$.
• 2) $H_2O$ и $Cl_2$ — верно. Вещество X — $H_2O$, вещество Y — $Cl_2$.
• 3) $HCl$ и $Cl_2$ — также химически корректно. Вещество X — $HCl$, вещество Y — $Cl_2$.
• 4) $H_2$ и $HCl$ — неверно.

Поскольку в тестовом задании обычно предполагается один наиболее верный ответ, следует выбрать наиболее типичный ("классический") способ проведения реакции. Гидролиз карбида алюминия водой является стандартным лабораторным методом получения метана, который чаще всего рассматривается в учебных курсах химии. Поэтому вариант, где X — это $H_2O$, является наиболее вероятным правильным ответом.

Итак, X — это $H_2O$, а Y — это $Cl_2$. Это соответствует варианту ответа 2.

Ответ: 2