Страница 135 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. Укажите формулу сложного эфира.

1) $CH_3-CH(NH_2)-CH_2-OH$

2) $CH_3-C(=O)-O-CH_3$

3) $CH_3-CH_2-COOH$

4) $CH_3-CH_2-C(=O)-O-H$

Для ответа на вопрос необходимо определить, какая из представленных структурных формул относится к классу сложных эфиров. Сложные эфиры являются производными карбоновых кислот и спиртов и содержат характерную сложноэфирную функциональную группу: $-COO-$. Общая формула сложного эфира — $R-COO-R'$, где $R$ и $R'$ — углеводородные радикалы.

Проанализируем каждый вариант:

1) $CH_3-CH(NH_2)-CH_2-OH$. Это органическое соединение содержит аминогруппу $(-NH_2)$ и гидроксильную группу $(-OH)$, присоединенную к алкильному радикалу. Такое вещество является аминоспиртом. Оно не является сложным эфиром.

2) $CH_3-\underset{||}{\overset{O}{C}}-O-CH_3$. В данной молекуле присутствует сложноэфирная группа $(-\underset{||}{\overset{O}{C}}-O-)$, где атом углерода карбонильной группы связан с метильным радикалом, а атом кислорода — с другим метильным радикалом. Это метилацетат (метиловый эфир уксусной кислоты), который является сложным эфиром.

3) $CH_3-CH_2-COOH$. Это соединение содержит карбоксильную группу $(-COOH)$, что характерно для карбоновых кислот. Данное вещество — пропановая кислота. Оно не является сложным эфиром.

4) $CH_3-CH_2-\underset{||}{\overset{O}{C}}-O-H$. Эта формула является более подробной записью структуры пропановой кислоты, уже рассмотренной в пункте 3. Наличие карбоксильной группы $(-\underset{||}{\overset{O}{C}}-O-H)$ указывает на то, что это карбоновая кислота, а не сложный эфир.

Следовательно, единственная формула, которая соответствует сложному эфиру, — это формула под номером 2.

Ответ: 2

3. Сколько веществ представлено формулами?

$\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{OH}$

$\text{CH}_3-\underset{\text{CH}_3}{\text{CH}}-\text{OH}$

$\text{CH}_3-\underset{\text{CH}_3}{\text{CH}}-\text{CH}_2-\text{OH}$

$\text{CH}_3-\underset{\text{OH}}{\text{CH}}-\text{CH}_3$

$\underset{\text{OH}}{\text{CH}_2}-\text{CH}_2-\text{CH}_3$

1) 5

2) 4

3) 3

4) 2

Для того чтобы определить количество различных веществ, необходимо проанализировать каждую из представленных структурных формул и установить их систематические названия по номенклатуре ИЮПАК. Вещества, имеющие разные названия, являются разными веществами (включая изомеры).

1. Формула $CH_3—CH_2—CH_2—OH$.
Это насыщенный одноатомный спирт. Самая длинная углеродная цепь содержит 3 атома углерода. Гидроксильная группа ($—OH$) находится у первого атома углерода. Следовательно, это пропанол-1.

2. Формула $CH_3—CH(OH)—CH_3$.
(Изображена как $CH_3—CH—OH$ с группой $CH_3$ под атомом $CH$).
Это также спирт с тремя атомами углерода в цепи. Гидроксильная группа находится у второго (центрального) атома углерода. Название вещества — пропанол-2. Пропанол-1 и пропанол-2 являются структурными изомерами и, следовательно, разными веществами.

3. Формула с $CH_3$ над цепью $CH_2—CH_2—OH$.
В данной формуле метильная группа ($—CH_3$) показана как заместитель, присоединенный к атому углерода, второму от гидроксильной группы. Чтобы структура соответствовала правилам валентности, необходимо исходить из показанной связности и скорректировать число атомов водорода. Атом углерода, к которому присоединена метильная группа, должен быть $—CH—$, а не $—CH_2—$. Для образования стабильной молекулы цепь должна начинаться с метильной группы $CH_3—$. Таким образом, полная формула вещества: $CH_3—CH(CH_3)—CH_2—OH$. Название этого соединения — 2-метилпропанол-1. Это вещество имеет другую молекулярную формулу ($C_4H_{10}O$) по сравнению с пропанолами ($C_3H_8O$) и является третьим уникальным веществом.

4. Формула $CH_3—CH(OH)—CH_3$.
(Изображена как $CH_3—CH—CH_3$ с группой $OH$ под атомом $CH$).
Эта формула однозначно представляет пропанол-2, так же как и формула 2.

5. Формула с $OH$ над цепью $CH_2—CH_2—CH_3$.
Гидроксильная группа ($—OH$) присоединена к среднему атому углерода в трех-углеродной цепи. Связь четко указывает на присоединение к центральному атому. Для соблюдения валентности углерода, концевые группы должны быть $CH_3—$, а центральный атом, связанный с $—OH$, должен быть $—CH—$. Получается формула $CH_3—CH(OH)—CH_3$, что соответствует пропанолу-2. Это то же вещество, что и в случаях 2 и 4.

Таким образом, среди пяти предложенных формул представлены следующие уникальные вещества:
- Пропанол-1 (формула 1)
- Пропанол-2 (формулы 2, 4 и 5)
- 2-метилпропанол-1 (формула 3)
Всего представлено 3 различных вещества.

Ответ: 3

4. Уксусная кислота не взаимодействует с веществом, формула ко-

торого

1) $HCl$

2) $CH_3OH$

3) $MgO$

4) $KOH$

Для того чтобы определить, с каким из предложенных веществ уксусная кислота не взаимодействует, необходимо проанализировать химические свойства уксусной кислоты ($CH_3COOH$) и её способность вступать в реакции с каждым веществом из списка. Уксусная кислота является слабой карбоновой кислотой и проявляет типичные свойства кислот.

1)

Соляная кислота ($HCl$) — это сильная неорганическая кислота. Уксусная кислота ($CH_3COOH$) также является кислотой. Вещества, относящиеся к одному классу (в данном случае — кислоты), как правило, не вступают в химическое взаимодействие друг с другом, так как оба являются донорами протонов и нет движущей силы для протекания реакции.
Ответ: уксусная кислота не взаимодействует с соляной кислотой.

2)

Метанол ($CH_3OH$) — это спирт. Уксусная кислота способна вступать в реакцию этерификации со спиртами в присутствии кислотного катализатора (например, концентрированной $H_2SO_4$). В результате этой обратимой реакции образуется сложный эфир (метилацетат) и вода.
Уравнение реакции: $CH_3COOH + CH_3OH \rightleftharpoons CH_3COOCH_3 + H_2O$
Ответ: уксусная кислота взаимодействует с метанолом.

3)

Оксид магния ($MgO$) — это основный оксид. Уксусная кислота, как и любая кислота, реагирует с основными оксидами с образованием соли и воды. В результате реакции образуется ацетат магния и вода.
Уравнение реакции: $2CH_3COOH + MgO \rightarrow (CH_3COO)_2Mg + H_2O$
Ответ: уксусная кислота взаимодействует с оксидом магния.

4)

Гидроксид калия ($KOH$) — это сильное основание (щёлочь). Одной из основных химических свойств кислот является реакция нейтрализации с основаниями, в результате которой образуются соль и вода. Уксусная кислота реагирует с гидроксидом калия с образованием ацетата калия и воды.
Уравнение реакции: $CH_3COOH + KOH \rightarrow CH_3COOK + H_2O$
Ответ: уксусная кислота взаимодействует с гидроксидом калия.

Таким образом, единственное вещество из предложенного списка, с которым уксусная кислота не вступает в химическое взаимодействие, — это соляная кислота ($HCl$).

5. Глицерин можно отличить от этанола с помощью реактива, формула которого

1) $Ag_2O$

2) $Br_2$

3) $Cu(OH)_2$

4) $FeCl_3$

Решение

Для того чтобы различить глицерин и этанол, необходимо использовать реактив, который по-разному взаимодействует с этими двумя веществами. Глицерин и этанол относятся к классу спиртов, но имеют разное строение.

Этанол ($C_2H_5OH$) — это одноатомный спирт, в его молекуле содержится одна гидроксогруппа (-OH).

Глицерин ($CH_2(OH)CH(OH)CH_2(OH)$) — это многоатомный спирт (триол), в его молекуле содержатся три гидроксогруппы, причем они расположены у соседних атомов углерода.

Качественной реакцией на многоатомные спирты с соседними гидроксогруппами является реакция со свежеосажденным гидроксидом меди(II) ($Cu(OH)_2$), который представляет собой осадок голубого цвета.

При взаимодействии глицерина с гидроксидом меди(II) осадок растворяется и образуется прозрачный раствор ярко-синего цвета — глицерат меди(II). Это происходит за счет образования комплексного соединения.

$2C_3H_5(OH)_3 + Cu(OH)_2 \rightarrow [C_3H_5(OH)O_2]_2Cu + 2H_2O$

Этанол, как одноатомный спирт, не вступает в подобную реакцию, и голубой осадок $Cu(OH)_2$ не растворяется.

Рассмотрим другие предложенные варианты:

• 1) $Ag_2O$ (в составе аммиачного раствора, реактив Толленса) используется для обнаружения альдегидов. Ни этанол, ни глицерин не являются альдегидами.
• 2) $Br_2$ (бром) используется для обнаружения непредельных связей (двойных или тройных). Оба спирта являются предельными.
• 4) $FeCl_3$ (хлорид железа(III)) используется для качественного определения фенолов. Ни одно из данных веществ не является фенолом.

Таким образом, единственным подходящим реактивом из списка является гидроксид меди(II).

Ответ: 3) $Cu(OH)_2$

6. Не относится к мылам вещество, формула которого

1) $C_{17}H_{35}COONa$

2) $C_{15}H_{31}COOK$

3) $C_{15}H_{31}COONa$

4) $C_4H_9COONa$

Решение

Мыла́ — это растворимые в воде соли высших карбоновых (жирных) кислот. Как правило, это натриевые или калиевые соли. Высшими карбоновыми кислотами называют кислоты, в молекулах которых содержится длинный углеводородный радикал (обычно от 10 до 18 атомов углерода). Молекулы мыла состоят из двух частей: гидрофобного углеводородного "хвоста" и гидрофильной "головы" (карбоксильной группы). Именно такая структура обеспечивает моющее действие.

Рассмотрим каждое вещество, предложенное в вариантах ответа:

1) $C_{17}H_{35}COONa$ — стеарат натрия. Это натриевая соль стеариновой кислоты ($C_{17}H_{35}COOH$). Стеариновая кислота является высшей карбоновой кислотой, так как общее число атомов углерода в её молекуле равно 18. Стеарат натрия является типичным компонентом твёрдого мыла. Таким образом, это вещество относится к мылам.

2) $C_{15}H_{31}COOK$ — пальмитат калия. Это калиевая соль пальмитиновой кислоты ($C_{15}H_{31}COOH$). Пальмитиновая кислота — высшая карбоновая кислота с 16 атомами углерода. Пальмитат калия является компонентом жидкого мыла. Таким образом, это вещество относится к мылам.

3) $C_{15}H_{31}COONa$ — пальмитат натрия. Это натриевая соль той же пальмитиновой кислоты. Является компонентом твёрдого мыла. Таким образом, это вещество относится к мылам.

4) $C_4H_9COONa$ — пентаноат натрия. Это натриевая соль пентановой (валериановой) кислоты ($C_4H_9COOH$). Данная кислота имеет короткий углеводородный радикал (всего 5 атомов углерода в молекуле) и не относится к высшим карбоновым кислотам. Соли таких кислот не обладают моющими свойствами, присущими мылам, так как их углеводородный "хвост" слишком короткий для образования мицелл. Таким образом, это вещество не относится к мылам.

Ответ: 4

7. Укажите вещество X в схеме превращений

$C_2H_6 \rightarrow X \rightarrow C_2H_5OH$

1) этилен

2) дихлорэтан

3) углекислый газ

4) этан

Решение

Рассмотрим предложенную схему химических превращений: $C_2H_6 \rightarrow X \rightarrow C_2H_5OH$. Исходное вещество – этан ($C_2H_6$), который является алканом. Конечный продукт – этанол ($C_2H_5OH$), одноатомный спирт. Необходимо определить промежуточное вещество X, которое связывает эти два соединения в цепочке превращений.

Проанализируем последовательность реакций для каждого из предложенных вариантов.

1-й этап: Превращение этана ($C_2H_6$) в вещество X.

2-й этап: Превращение вещества X в этанол ($C_2H_5OH$).

Рассмотрим варианты для вещества X:

• 1) этилен ($C_2H_4$)
  Этап 1: Этан может быть превращен в этилен реакцией дегидрирования (отщепления водорода) при нагревании в присутствии катализатора:
  $C_2H_6 \xrightarrow{t, kat} C_2H_4 + H_2$
  Этап 2: Этилен может быть превращен в этанол реакцией гидратации (присоединения воды) в кислой среде:
  $C_2H_4 + H_2O \xrightarrow{H^+, t} C_2H_5OH$
  Данная последовательность реакций является химически корректной и широко используется в промышленности.
• 2) дихлорэтан ($C_2H_4Cl_2$)
  Этап 1: Получение дихлорэтана из этана возможно, но это неселективная реакция радикального замещения.
  Этап 2: При щелочном гидролизе 1,2-дихлорэтана образуется двухатомный спирт этиленгликоль, а не этанол:
  $CH_2Cl-CH_2Cl + 2NaOH(водн.) \rightarrow CH_2(OH)-CH_2(OH) + 2NaCl$
  Этот вариант не подходит.
• 3) углекислый газ ($CO_2$)
  Этап 1: Углекислый газ можно получить полным сжиганием этана:
  $2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O$
  Этап 2: Превращение углекислого газа в этанол является очень сложным процессом и не представляет собой простое одностадийное превращение, изучаемое в базовом курсе химии. Этот вариант маловероятен.
• 4) этан ($C_2H_6$)
  Вещество X является продуктом реакции, в которую вступает этан, поэтому X не может быть самим этаном.

Таким образом, единственная логичная и последовательная схема превращений получается, если вещество X — это этилен.

Ответ: 1) этилен.

8. Укажите вещества X и Y в схеме превращений

$\text{CH}_3\text{-C}(=\text{O})\text{H} \xrightarrow{\text{X}} \text{CH}_3\text{-C}(=\text{O})\text{OH} \xrightarrow{\text{Y}} \text{CH}_3\text{-C}(=\text{O})\text{OCH}_3$

1) $\text{H}_2$ и $\text{CH}_3\text{OH}$

2) $\text{Ag}_2\text{O}$ (аммиачный p-p) и $\text{CH}_3\text{OH}$

3) $\text{CH}_3\text{OH}$ и $\text{CH}_4$

4) $\text{H}_2\text{O}$ и $\text{CH}_3\text{Cl}$

Для определения веществ X и Y проанализируем последовательно каждый этап представленной схемы превращений.

Первое превращение: $CH_3-C(=O)H \xrightarrow{X} CH_3-C(=O)OH$

На данном этапе происходит превращение уксусного альдегида (этаналя) в уксусную кислоту (этановую кислоту). Эта трансформация является реакцией окисления альдегидной группы до карбоксильной. Альдегиды — хорошие восстановители и легко окисляются. Одним из качественных реагентов, используемых для окисления альдегидов, является аммиачный раствор оксида серебра(I), известный как реактив Толленса. Эта реакция называется реакцией «серебряного зеркала».

Уравнение реакции с реактивом Толленса, который представляет собой комплексное соединение гидроксодиамминсеребра(I) $[Ag(NH_3)_2]OH$: $CH_3CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t} CH_3COONH_4 + 2Ag\downarrow + 3NH_3 + H_2O$

В результате реакции образуется ацетат аммония, соль уксусной кислоты, и выделяется металлическое серебро. Таким образом, веществом X является $Ag_2O$ (аммиачный р-р).

Второе превращение: $CH_3-C(=O)OH \xrightarrow{Y} CH_3-C(=O)OCH_3$

На втором этапе уксусная кислота преобразуется в сложный эфир — метилацетат (метилэтаноат). Этот процесс является реакцией этерификации, которая заключается во взаимодействии карбоновой кислоты со спиртом. Для получения метилового эфира уксусная кислота должна прореагировать с метиловым спиртом (метанолом, $CH_3OH$). Реакция является обратимой и для смещения равновесия в сторону продуктов проводится в присутствии кислотного катализатора (например, концентрированной $H_2SO_4$) и при нагревании.

Уравнение реакции этерификации: $CH_3COOH + CH_3OH \rightleftharpoons CH_3COOCH_3 + H_2O$

Следовательно, веществом Y является метанол ($CH_3OH$).

Таким образом, X — это аммиачный раствор оксида серебра, а Y — метанол. Эта пара веществ соответствует варианту ответа под номером 2.

Ответ: 2) $Ag_2O$ (аммиачный р-р) и $CH_3OH$