Страница 138 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

4. Уксусная кислота взаимодействует с веществом, формула кото-рого

1) $Hg$

2) $K_2SO_4$

3) $C_2H_5OH$

4) $CO_2$

Решение

Для ответа на вопрос необходимо проанализировать химические свойства уксусной кислоты ($CH_3COOH$) и её способность вступать в реакции с предложенными веществами. Уксусная кислота — это карбоновая кислота, и для неё характерны реакции с металлами, стоящими в ряду активности до водорода, с основными и амфотерными оксидами, с основаниями, с солями более слабых кислот, а также реакция этерификации со спиртами.

Рассмотрим каждый вариант:

1) Hg
Ртуть (Hg) является металлом, который в электрохимическом ряду напряжений металлов стоит после водорода. Это означает, что ртуть неактивна и не может вытеснять водород из кислот (кроме концентрированных кислот-окислителей). Уксусная кислота не является сильным окислителем, поэтому реакция не протекает.
$CH_3COOH + Hg \rightarrow \text{реакция не идёт}$

2) K₂SO₄
Сульфат калия ($K_2SO_4$) — это средняя соль, образованная сильным основанием ($KOH$) и сильной кислотой ($H_2SO_4$). Уксусная кислота слабее серной. Реакция обмена между кислотой и солью протекает только в том случае, если образуется вещество, уходящее из сферы реакции (осадок, газ) или образуется более слабая кислота. В данном случае реакция невозможна, так как серная кислота сильнее уксусной.
$2CH_3COOH + K_2SO_4 \rightarrow \text{реакция не идёт}$

3) C₂H₅OH
Этанол ($C_2H_5OH$) — это одноатомный спирт. Одной из ключевых реакций для карбоновых кислот является реакция этерификации — взаимодействие со спиртами с образованием сложного эфира и воды. Реакция обычно протекает в кислой среде (катализатор — $H_2SO_4$) и является обратимой.
$CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$
В результате реакции уксусной кислоты и этанола образуется этилацетат (сложный эфир). Следовательно, уксусная кислота взаимодействует с этанолом.

4) CO₂
Диоксид углерода ($CO_2$) — это кислотный оксид. Кислоты не вступают в реакцию с кислотными оксидами. Напротив, уксусная кислота является более сильной, чем угольная кислота ($H_2CO_3$), которая образуется при растворении $CO_2$ в воде, и поэтому может вытеснять её из солей (карбонатов), но не будет реагировать с самим оксидом.
$CH_3COOH + CO_2 \rightarrow \text{реакция не идёт}$

Из всех предложенных вариантов уксусная кислота вступает во взаимодействие только с этанолом.

Ответ: 3

5. Фенол можно распознать с помощью реактива, формула которого

1) $Ag_2O$

2) HBr

3) $Cu(OH)_2$

4) $FeCl_3$

Решение

Для качественного определения фенола ($C_6H_5OH$) используют специфические реакции, которые позволяют отличить его от других классов органических соединений. Рассмотрим предложенные варианты реактивов.

1) $Ag_2O$

Аммиачный раствор оксида серебра(I) (реактив То́лленса) является качественным реактивом на альдегидную группу. Фенол не содержит альдегидной группы и не вступает в реакцию "серебряного зеркала". Следовательно, этот реактив не подходит для распознавания фенола.

2) $HBr$

Бромоводородная кислота является сильной кислотой. Фенол проявляет очень слабые кислотные свойства. Заметной реакции между фенолом и бромоводородной кислотой, которая могла бы служить качественным признаком, не происходит.

3) $Cu(OH)_2$

Свежеосажденный гидроксид меди(II) используется для качественного определения многоатомных спиртов, у которых гидроксильные группы находятся у соседних атомов углерода (например, глицерин). В результате реакции образуется ярко-синий растворимый комплекс. Фенол не является многоатомным спиртом и не дает такой реакции.

4) $FeCl_3$

Хлорид железа(III) является качественным реактивом на фенолы. При взаимодействии водного раствора фенола с раствором хлорида железа(III) наблюдается характерное интенсивное фиолетовое окрашивание. Это происходит из-за образования комплексного соединения — фенолята железа(III). Эта реакция очень чувствительна и специфична для соединений, содержащих фенольный гидроксил (гидроксильную группу, непосредственно связанную с ароматическим кольцом).

Упрощенное уравнение реакции выглядит следующим образом:

$6C_6H_5OH + FeCl_3 \rightarrow H_3[Fe(OC_6H_5)_6] + 3HCl$

Образующийся комплексный ион $[Fe(OC_6H_5)_6]^{3-}$ придает раствору фиолетовый цвет. Таким образом, хлорид железа(III) позволяет однозначно распознать фенол.

Ответ: 4) $FeCl_3$

6. Основой мыла является вещество

1) стеарат натрия

2) пропионат натрия

3) глицерат калия

4) ацетат кальция

Решение

Мыла с химической точки зрения представляют собой соли высших карбоновых (жирных) кислот и щелочных металлов (натрия или калия). Их получают в результате реакции омыления жиров (триглицеридов) щелочами. Общая схема реакции омыления для получения твердого мыла выглядит так:

Жир (триглицерид) + 3NaOH $\rightarrow$ 3RCOONa (мыло) + глицерин

где R — это длинный углеводородный радикал. Молекула мыла состоит из двух частей: длинной неполярной (гидрофобной) углеводородной цепи и полярной (гидрофильной) карбоксильной группы. Такое строение позволяет мылу действовать как поверхностно-активное вещество, эмульгируя жиры и грязь.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) Стеарат натрия — это натриевая соль стеариновой кислоты ($C_{17}H_{35}COOH$), которая является высшей жирной кислотой. Формула стеарата натрия — $C_{17}H_{35}COONa$. Это вещество полностью соответствует определению мыла и является основным компонентом твердого мыла.

2) Пропионат натрия — это натриевая соль пропановой (пропионовой) кислоты ($C_2H_5COOH$). Формула — $C_2H_5COONa$. Пропановая кислота относится к низшим карбоновым кислотам, так как имеет короткий углеводородный радикал. Соли таких кислот не обладают моющими свойствами, характерными для мыла.

3) Глицерат калия — это алкоголят, соль, образованная многоатомным спиртом глицерином и щелочным металлом калием. Глицерин ($C_3H_5(OH)_3$) является спиртом, а не карбоновой кислотой, и его соли не являются мылами. Глицерин сам по себе является побочным продуктом при производстве мыла.

4) Ацетат кальция — это кальциевая соль уксусной (этановой) кислоты. Формула — $(CH_3COO)_2Ca$. Во-первых, уксусная кислота является низшей карбоновой кислотой. Во-вторых, соли высших жирных кислот и двухвалентных металлов, таких как кальций ($Ca^{2+}$) или магний ($Mg^{2+}$), нерастворимы в воде. Они образуют осадок (так называемый "мыльный шлак") при использовании обычного мыла в жесткой воде и не обладают моющим действием.

Таким образом, основой мыла из перечисленных веществ является стеарат натрия.

Ответ: 1

7. Укажите вещество Х в схеме превращений

$C_2H_4 \rightarrow X \rightarrow CH_3-C(=O)OH$

1) этан

2) хлорэтан

3) этанол

4) этаналь

Для того чтобы определить вещество X в предложенной схеме превращений $C_2H_4 \rightarrow X \rightarrow CH_3COOH$, необходимо рассмотреть возможные химические реакции для каждого этапа.

Исходное вещество — этен ($C_2H_4$), конечный продукт — уксусная кислота ($CH_3COOH$).

Проанализируем каждый из предложенных вариантов в качестве вещества X.

1) этан
Первый этап: получение этана ($C_2H_6$) из этена ($C_2H_4$) возможно путем реакции гидрирования (присоединения водорода):
$C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{Ni, t} C_2H_6$
Второй этап: превращение этана в уксусную кислоту. Прямое окисление алкана в карбоновую кислоту в одну стадию в лабораторных условиях не является стандартной реакцией. Это сложный промышленный процесс. Поэтому этан маловероятен в качестве вещества X.

2) хлорэтан
Первый этап: получение хлорэтана ($C_2H_5Cl$) из этена возможно путем реакции гидрогалогенирования (присоединения HCl):
$C_2H_4 + HCl \rightarrow C_2H_5Cl$
Второй этап: превращение хлорэтана в уксусную кислоту. Для этого сначала необходимо провести щелочной гидролиз хлорэтана до этанола, а затем окислить этанол. Это превращение требует как минимум двух стадий ($C_2H_5Cl \rightarrow C_2H_5OH \rightarrow CH_3COOH$), что не соответствует схеме.

3) этанол
Первый этап: получение этанола ($C_2H_5OH$) из этена — это реакция гидратации (присоединения воды), которая является важным промышленным методом:
$C_2H_4 + H_2O \xrightarrow{H_3PO_4, t, p} C_2H_5OH$
Второй этап: превращение этанола в уксусную кислоту. Этанол является первичным спиртом и может быть окислен сильными окислителями (например, $KMnO_4$ или $K_2Cr_2O_7$ в кислой среде) до уксусной кислоты:
$C_2H_5OH + 2[O] \rightarrow CH_3COOH + H_2O$
Эта последовательность из двух стадий логична и является классическим примером в органической химии.

4) этаналь
Первый этап: получение этаналя ($CH_3CHO$) из этена возможно по реакции Вакера (каталитическое окисление):
$2C_2H_4 + O_2 \xrightarrow{PdCl_2/CuCl_2} 2CH_3CHO$
Второй этап: окисление этаналя до уксусной кислоты происходит очень легко даже под действием мягких окислителей:
$CH_3CHO + [O] \rightarrow CH_3COOH$
Этот путь также возможен. Однако в классической схеме окисления первичных спиртов альдегид является промежуточным продуктом. Полное окисление этанола сразу приводит к уксусной кислоте. Поэтому цепочка через этанол является более фундаментальной и обобщенной.

Сравнивая варианты, наиболее подходящим веществом X является этанол, так как последовательность превращений "алкен $\rightarrow$ спирт $\rightarrow$ карбоновая кислота" является одной из основополагающих в органической химии.

Ответ: 3) этанол

8. Формулы веществ X и Y в схеме превращений

$\text{CH}_3\text{--C}(=\text{O})\text{--O--C}_2\text{H}_5 \xrightarrow{\text{X}} \text{CH}_3\text{--C}(=\text{O})\text{--OH} \xrightarrow{\text{Y}} \text{CH}_3\text{--C}(=\text{O})\text{--ONa}$

соответственно

1) $\text{H}_2$ и $\text{NaCl}$

2) $\text{H}_2\text{O}$ и $\text{NaOH}$

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

4) $\text{H}_2\text{O}$ и $\text{NaCl}$

Решение

Данная задача описывает двухстадийный химический процесс. Необходимо идентифицировать реагенты X и Y.

1. Первая стадия: $CH_3COOC_2H_5 \xrightarrow{X} CH_3COOH$

На этой стадии из сложного эфира, этилацетата ($CH_3COOC_2H_5$), получают карбоновую кислоту, уксусную кислоту ($CH_3COOH$). Этот процесс называется гидролизом сложного эфира. Гидролиз происходит при взаимодействии эфира с водой, часто в присутствии катализатора (кислоты или щелочи).

Уравнение реакции:

$CH_3COOC_2H_5 + H_2O \rightleftharpoons CH_3COOH + C_2H_5OH$

Следовательно, вещество X — это вода ($H_2O$).

2. Вторая стадия: $CH_3COOH \xrightarrow{Y} CH_3COONa$

На второй стадии из уксусной кислоты ($CH_3COOH$) получают ее натриевую соль — ацетат натрия ($CH_3COONa$). Это типичная реакция для карбоновых кислот, которые проявляют кислотные свойства. Для получения соли натрия кислота должна прореагировать с натрийсодержащим основанием, активным металлом или солью более слабой кислоты.

Рассмотрим подходящие реагенты из предложенных вариантов, учитывая, что X это $H_2O$. Нам подходят варианты 2 и 4.

• Если Y — это гидроксид натрия ($NaOH$) (вариант 2), то протекает реакция нейтрализации:
  $CH_3COOH + NaOH \rightarrow CH_3COONa + H_2O$
  Эта реакция возможна и широко используется.
• Если Y — это хлорид натрия ($NaCl$) (вариант 4), то реакция не пойдет. Уксусная кислота слабее соляной, поэтому она не может вытеснить ее из соли:
  $CH_3COOH + NaCl \nrightarrow$

Таким образом, вещество Y — это гидроксид натрия ($NaOH$).

Сопоставляя результаты, находим, что X — это $H_2O$, а Y — это $NaOH$. Эта пара соответствует варианту ответа 2.

Ответ: 2

9. Глюкоза по своему химическому строению — это

1) кислота

2) альдегидоспирт

3) сложный эфир

4) кетоспирт

Решение

Чтобы определить, к какому классу органических соединений относится глюкоза по своему химическому строению, необходимо проанализировать функциональные группы в ее молекуле. Химическая формула глюкозы — $C_6H_{12}O_6$.

В своей линейной (открытой) форме молекула глюкозы содержит одну альдегидную группу ($-CHO$) и пять гидроксильных групп ($-OH$).

Наличие альдегидной группы относит глюкозу к альдегидам (альдозам), а наличие нескольких гидроксильных групп — к многоатомным спиртам. Соединение, обладающее свойствами и альдегида, и многоатомного спирта, называется альдегидоспиртом.

Проанализируем предложенные варианты ответа:

1) кислота – неверно. Для кислот характерно наличие карбоксильной группы ($-COOH$), которой в молекуле глюкозы нет.

2) альдегидоспирт – верно. Это определение точно отражает химическое строение глюкозы, содержащей и альдегидную, и спиртовые (гидроксильные) группы.

3) сложный эфир – неверно. В молекуле глюкозы отсутствует сложноэфирная группа ($-COO-R'$), которая является отличительной чертой сложных эфиров.

4) кетоспирт – неверно. Кетоспирты (кетозы) содержат кетонную группу ($>C=O$). Глюкоза является альдозой, так как содержит альдегидную группу. Примером кетоспирта является фруктоза, изомер глюкозы.

Таким образом, глюкоза по своему химическому строению является альдегидоспиртом.

Ответ: 2) альдегидоспирт

10. Аминоуксусная кислота не взаимодействует

1) с гидроксидом натрия

2) с 2-аминопропановой кислотой

3) с серной кислотой

4) с этаном

Аминоуксусная кислота (также известная как глицин) имеет химическую формулу $NH_2-CH_2-COOH$. Это органическое соединение является амфотерным, поскольку в его структуре присутствуют две функциональные группы с противоположными химическими свойствами:

• Аминогруппа ($-NH_2$), которая проявляет основные свойства.
• Карбоксильная группа ($-COOH$), которая проявляет кислотные свойства.

Благодаря амфотерности аминоуксусная кислота способна взаимодействовать как с кислотами, так и с основаниями. Рассмотрим возможность взаимодействия аминоуксусной кислоты с каждым из предложенных веществ.

1) с гидроксидом натрия

Аминоуксусная кислота реагирует с гидроксидом натрия ($NaOH$), который является сильным основанием. Взаимодействие происходит по кислотной карбоксильной группе (реакция нейтрализации) с образованием соли глицината натрия и воды.
$NH_2-CH_2-COOH + NaOH \rightarrow NH_2-CH_2-COONa + H_2O$
Таким образом, реакция возможна.

2) с 2-аминопропановой кислотой

Аминоуксусная кислота может реагировать с другой аминокислотой, например, с 2-аминопропановой кислотой (аланином). Карбоксильная группа одной молекулы аминокислоты взаимодействует с аминогруппой другой, образуя пептидную связь и молекулу воды. Эта реакция поликонденсации лежит в основе образования пептидов и белков.
$NH_2-CH_2-COOH + H_2N-CH(CH_3)-COOH \rightarrow NH_2-CH_2-CO-NH-CH(CH_3)-COOH + H_2O$
Таким образом, реакция возможна.

3) с серной кислотой

Аминоуксусная кислота реагирует с сильными кислотами, такими как серная кислота ($H_2SO_4$). Взаимодействие происходит по основной аминогруппе, которая протонируется с образованием соли.
$2(NH_2-CH_2-COOH) + H_2SO_4 \rightarrow [H_3N^+-CH_2-COOH]_2SO_4^{2-}$
Таким образом, реакция возможна.

4) с этаном

Этан ($C_2H_6$) — это алкан, предельный (насыщенный) углеводород. Алканы являются химически малоактивными соединениями, особенно при обычных условиях. Они не имеют функциональных групп, способных реагировать с амино- или карбоксильной группой аминоуксусной кислоты. Поэтому реакция между аминоуксусной кислотой и этаном не протекает.
Таким образом, реакция невозможна.

Следовательно, из перечисленных веществ аминоуксусная кислота не вступает в реакцию только с этаном.

Ответ: 4

11. Для фенола и анилина верны следующие утверждения:

1) не ядовиты

2) имеют одинаковую молекулярную массу

3) являются ароматическими соединениями

4) содержат аминогруппу

5) образуют осадок с бромной водой

Проанализируем каждое утверждение по отдельности для фенола ($C_6H_5OH$) и анилина ($C_6H_5NH_2$).

1) не ядовиты

И фенол, и анилин являются токсичными веществами. Фенол вызывает химические ожоги кожи и является сильным ядом. Анилин также ядовит, при попадании в организм он поражает кровь (вызывает образование метгемоглобина) и нервную систему. Следовательно, утверждение о том, что они не ядовиты, является ложным.
Ответ: Неверно.

2) имеют одинаковую молекулярную массу

Для проверки этого утверждения рассчитаем относительные молекулярные массы фенола и анилина, используя относительные атомные массы элементов: $Ar(C) = 12$, $Ar(H) = 1$, $Ar(O) = 16$, $Ar(N) = 14$.
Молекулярная масса фенола ($C_6H_5OH$):
$M_r(C_6H_5OH) = 6 \cdot Ar(C) + 6 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(O) = 6 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 72 + 6 + 16 = 94$.
Молекулярная масса анилина ($C_6H_5NH_2$):
$M_r(C_6H_5NH_2) = 6 \cdot Ar(C) + 7 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(N) = 6 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 14 = 72 + 7 + 14 = 93$.
Молекулярные массы фенола (94) и анилина (93) не одинаковы. Следовательно, утверждение ложно.
Ответ: Неверно.

3) являются ароматическими соединениями

Ароматическими соединениями называют вещества, в молекулах которых содержится одно или несколько бензольных колец. И фенол ($C_6H_5OH$), и анилин ($C_6H_5NH_2$) содержат в своей структуре бензольное кольцо, связанное с функциональной группой (гидроксильной и аминогруппой соответственно). Таким образом, оба соединения относятся к классу ароматических. Утверждение верно.
Ответ: Верно.

4) содержат аминогруппу

Аминогруппа – это функциональная группа $-NH_2$.
Молекула анилина ($C_6H_5NH_2$) содержит аминогруппу.
Молекула фенола ($C_6H_5OH$) содержит гидроксильную группу ($-OH$), а не аминогруппу.
Поскольку утверждение должно быть верным для обоих веществ, а для фенола оно не выполняется, утверждение в целом ложно.
Ответ: Неверно.

5) образуют осадок с бромной водой

И фенол, и анилин вступают в реакцию электрофильного замещения с бромной водой (раствором брома $Br_2$ в воде). Наличие гидроксильной группы у фенола и аминогруппы у анилина сильно активирует бензольное кольцо, что позволяет реакции протекать в мягких условиях с образованием нерастворимых в воде продуктов – осадков.
Фенол с бромной водой образует белый осадок 2,4,6-трибромфенола:
$C_6H_5OH + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3OH\downarrow + 3HBr$
Анилин с бромной водой образует белый осадок 2,4,6-триброманилина:
$C_6H_5NH_2 + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3NH_2\downarrow + 3HBr$
Обе реакции являются качественными на фенол и анилин. Таким образом, утверждение верно для обоих соединений.
Ответ: Верно.

Таким образом, для фенола и анилина верными являются утверждения 3 и 5.