Страница 141 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

7. Укажите формулу вещества X в схеме превращений

$CH_3OH \to X \to [CH_3NH_3]Cl$

1) $CH_3NO_2$

2) $CH_3NH_2$

3) $CH_3Cl$

4) $NH_4Cl$

Решение

Проанализируем заданную схему химических превращений: $CH_3OH \rightarrow X \rightarrow [CH_3NH_3]Cl$.

1. Начнем анализ с конечного продукта реакции. Вещество $[CH_3NH_3]Cl$ — это хлорид метиламмония. По своей химической природе это соль, состоящая из катиона метиламмония $[CH_3NH_3]^+$ и хлорид-аниона $Cl^-$.

2. Соли такого типа, как правило, образуются в результате реакции кислотно-основного взаимодействия. В данном случае, это реакция между органическим основанием — метиламином ($CH_3NH_2$) — и сильной кислотой — соляной кислотой ($HCl$). Уравнение этой реакции:
$CH_3NH_2 + HCl \rightarrow [CH_3NH_3]Cl$

3. Эта реакция соответствует второму этапу в предложенной схеме: $X \rightarrow [CH_3NH_3]Cl$. Из этого можно сделать логичный вывод, что вещество X является метиламином с формулой $CH_3NH_2$.

4. Теперь необходимо проверить, осуществим ли первый этап превращения: получение вещества X (метиламина) из исходного соединения — метанола ($CH_3OH$). Метиламин действительно можно получить из метанола путем его реакции с аммиаком при высокой температуре и в присутствии катализатора (например, оксида алюминия $Al_2O_3$). Эта реакция называется аммонолизом спиртов.
$CH_3OH + NH_3 \xrightarrow{t, катализатор} CH_3NH_2 + H_2O$

5. Таким образом, вся цепочка превращений является последовательной и химически корректной, если в качестве вещества X выступает метиламин.
Полная схема выглядит так:
$CH_3OH \xrightarrow{+NH_3} CH_3NH_2 \xrightarrow{+HCl} [CH_3NH_3]Cl$

6. Сравнив наш вывод с предложенными вариантами ответов, мы находим, что формула $CH_3NH_2$ соответствует варианту 2.

Ответ: 2) $CH_3NH_2$

8. Укажите формулы веществ X и Y в схеме превращений

$C_2H_5OH \xrightarrow{CuO, t} X \xrightarrow{Ag_2O_{\text{аммиач. р-р}}, t} Y$

1) $\ce{C2H4}$ и $\ce{CH3COOA_g}$

2) $\ce{CH3-C(=O)H}$ и $\ce{CH3COOCH3}$

3) $\ce{C2H5OH}$ и $\ce{CH3-C(=O)OH}$

4) $\ce{CH3-C(=O)H}$ и $\ce{CH3-C(=O)OH}$

Решение

Проанализируем предложенную схему химических превращений: $C_2H_5OH \xrightarrow{CuO, t} X \xrightarrow{Ag_2O_{аммиач. р-р}, t} Y$

На первой стадии этанол ($C_2H_5OH$), который является первичным спиртом, окисляется оксидом меди(II) ($CuO$) при нагревании. В результате такого мягкого окисления первичных спиртов образуются альдегиды. В данном случае из этанола ($CH_3CH_2OH$) получается этаналь, также известный как уксусный альдегид. Уравнение реакции: $CH_3CH_2OH + CuO \xrightarrow{t} CH_3CHO + Cu + H_2O$ Следовательно, вещество X — это уксусный альдегид (этаналь), структурная формула которого $CH_3-\stackrel{\large O}{\stackrel{||}{C}}-H$.

На второй стадии вещество X (уксусный альдегид) реагирует с аммиачным раствором оксида серебра ($Ag_2O_{аммиач. р-р}$), который представляет собой реактив Толленса. Эта реакция является качественной на альдегидную группу и известна как реакция «серебряного зеркала». В ходе этой реакции альдегиды окисляются до соответствующих карбоновых кислот (в щелочной среде образуются их соли, но в схемах часто указывают конечный продукт - кислоту). Уксусный альдегид окисляется до уксусной кислоты. Упрощенное уравнение реакции: $CH_3CHO + Ag_2O \xrightarrow{NH_3 \cdot H_2O, t} CH_3COOH + 2Ag \downarrow$ Следовательно, вещество Y — это уксусная кислота, структурная формула которой $CH_3-\stackrel{\large O}{\stackrel{||}{C}}-OH$.

Итак, вещество X — это уксусный альдегид ($CH_3-\stackrel{\large O}{\stackrel{||}{C}}-H$), а вещество Y — это уксусная кислота ($CH_3-\stackrel{\large O}{\stackrel{||}{C}}-OH$). Сравнивая полученные результаты с предложенными вариантами, приходим к выводу, что правильным является вариант номер 4.

Ответ: 4

9. Растворы глюкозы и фруктозы можно распознать с помощью реактива, формула которого

1) $FeCl_3$

2) $CuO$

3) $NaOH$

4) $Ag_2O$ (аммиачный р-р)

Для того чтобы различить водные растворы глюкозы и фруктозы, необходимо найти реагент, который будет по-разному взаимодействовать с их функциональными группами. Глюкоза и фруктоза являются изомерами, их общая химическая формула – $C_6H_{12}O_6$. Однако их строение различается.

Глюкоза является альдогексозой, то есть её молекула содержит альдегидную группу ($-CHO$).
Фруктоза является кетогексозой, то есть её молекула содержит кетонную группу ($>C=O$), расположенную у второго атома углерода.

Проанализируем предложенные реагенты:

1) FeCl₃ (хлорид железа(III)) – это качественный реактив на фенолы. Ни глюкоза, ни фруктоза не содержат фенольного гидроксила, поэтому этот реагент не подходит для их распознавания.

2) CuO (оксид меди(II)) – это твёрдое, нерастворимое в воде вещество. Хотя при нагревании он может окислять альдегиды, в виде оксида он не используется как качественный реактив в растворах. Для этих целей применяют свежеосаждённый гидроксид меди(II) $Cu(OH)_2$.

3) NaOH (гидроксид натрия) – это сильное основание (щёлочь). В щелочной среде и глюкоза, и фруктоза вступают в реакцию изомеризации (превращение Ло́бри де Брю́йна — ван Э́кенштейна), образуя равновесную смесь. Таким образом, щёлочь не позволяет различить эти углеводы, а наоборот, способствует их взаимопревращению.

4) Ag₂O (аммиачный р-р) – данная формула условно обозначает аммиачный раствор оксида серебра, который также известен как реактив Толленса. Его действующим веществом является гидроксид диамминсеребра(I) $[Ag(NH_3)_2]OH$. Реактив Толленса является специфическим реагентом для качественного определения альдегидной группы.

Глюкоза, как альдегид (альдоза), легко окисляется реактивом Толленса при нагревании. При этом альдегидная группа превращается в карбоксильную, а ионы серебра $Ag^+$ восстанавливаются до металлического серебра $Ag$, которое выпадает в осадок, образуя налёт на стенках сосуда — так называемую реакцию «серебряного зеркала».

$CH_2OH-(CHOH)_4-CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \xrightarrow{t^\circ C} CH_2OH-(CHOH)_4-COONH_4 + 2Ag \downarrow + 3NH_3 + H_2O$

Кетоны, как правило, не окисляются такими мягкими окислителями, как реактив Толленса. Поэтому, основываясь на фундаментальном различии функциональных групп (альдегид у глюкозы и кетон у фруктозы), можно сделать вывод, что этот реактив позволит их различить: глюкоза даст положительную реакцию, а фруктоза — нет.

Стоит отметить, что в реальности фруктоза, будучи α-гидроксикетоном, в щелочной среде реактива Толленса изомеризуется в альдозы (глюкозу и маннозу) и потому также даёт реакцию «серебряного зеркала». Однако в контексте большинства учебных программ и тестовых заданий предполагается, что для различения альдозы и кетозы используется реактив на альдегидную группу. Из предложенных вариантов только реактив Толленса подходит под это описание.

Ответ: 4) Ag₂O (аммиачный р-р)

10. Структурную основу белков составляют остатки молекул

1) моносахаридов

2) карбоновых кислот

3) аминокислот

4) аминов

Решение

Белки являются природными высокомолекулярными соединениями, биополимерами. Структурными звеньями (мономерами), из которых построены все белки, служат α-аминокислоты.

Аминокислоты — это органические соединения, в молекулах которых одновременно содержатся две функциональные группы: аминогруппа ($–NH_2$), обладающая основными свойствами, и карбоксильная группа ($–COOH$), обладающая кислотными свойствами. При соединении друг с другом аминокислоты образуют пептидную связь ($–CO–NH–$), формируя полипептидную цепь. Та часть молекулы аминокислоты, которая входит в состав этой цепи, называется аминокислотным остатком.

Проанализируем другие варианты:

1) Остатки молекул моносахаридов (например, глюкозы) составляют структурную основу полисахаридов (крахмала, целлюлозы), а не белков.

2) и 4) Карбоновые кислоты и амины — это классы органических соединений. Хотя их функциональные группы входят в состав аминокислот, сами по себе они не являются мономерами белков.

Таким образом, правильным ответом является то, что структурную основу белков составляют остатки молекул аминокислот.

Ответ: 3) аминокислот

11. Аминоуксусная кислота взаимодействует с каждым из двух веществ:

1) гидроксидом натрия и этаном

2) серной кислотой и гидроксидом калия

3) серебром и аланином

4) этиловым спиртом и бензолом

5) аланином и гидроксидом натрия

Аминоуксусная кислота (также известная как глицин) имеет химическую формулу $NH_2-CH_2-COOH$. Это амфотерное соединение, так как в его молекуле содержатся две функциональные группы с противоположными химическими свойствами:

• аминогруппа ($–NH_2$), обладающая основными свойствами;
• карбоксильная группа ($–COOH$), обладающая кислотными свойствами.

Это означает, что аминоуксусная кислота способна взаимодействовать как с кислотами (по аминогруппе), так и с основаниями (по карбоксильной группе). Также, как и другие карбоновые кислоты, она может вступать в реакцию этерификации со спиртами, а благодаря наличию обеих групп аминокислоты могут реагировать друг с другом, образуя пептиды. Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) гидроксидом натрия и этаном

Аминоуксусная кислота реагирует с гидроксидом натрия ($NaOH$), проявляя свои кислотные свойства. Происходит реакция нейтрализации:

$NH_2-CH_2-COOH + NaOH \rightarrow NH_2-CH_2-COONa + H_2O$

Этан ($C_2H_6$) — это алкан, предельный углеводород, который в обычных условиях химически инертен и не взаимодействует с аминоуксусной кислотой. Таким образом, данный вариант не подходит.

2) серной кислотой и гидроксидом калия

С сильной серной кислотой ($H_2SO_4$) аминоуксусная кислота реагирует, проявляя основные свойства своей аминогруппы:

$NH_2-CH_2-COOH + H_2SO_4 \rightarrow [H_3N-CH_2-COOH]^+HSO_4^-$

С гидроксидом калия ($KOH$), являющимся сильным основанием, аминоуксусная кислота реагирует, проявляя кислотные свойства своей карбоксильной группы:

$NH_2-CH_2-COOH + KOH \rightarrow NH_2-CH_2-COOK + H_2O$

Поскольку аминоуксусная кислота реагирует с обоими веществами, данный вариант является верным. Эти реакции наилучшим образом демонстрируют амфотерный характер аминокислот.

3) серебром и аланином

Серебро ($Ag$) — это малоактивный металл, который в ряду активности металлов стоит после водорода, поэтому оно не может вытеснить водород из карбоксильной группы. Реакция не идет.

С аланином (другой аминокислотой) реакция возможна (образование дипептида), однако, поскольку с серебром взаимодействия нет, данный вариант не подходит.

4) этиловым спиртом и бензолом

С этиловым спиртом ($C_2H_5OH$) аминоуксусная кислота может вступать в реакцию этерификации в присутствии кислотного катализатора:

$NH_2-CH_2-COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons NH_2-CH_2-COOC_2H_5 + H_2O$

Бензол ($C_6H_6$) — ароматический углеводород, который не вступает в реакцию с аминоуксусной кислотой. Следовательно, этот вариант не подходит.

5) аланином и гидроксидом натрия

Аминоуксусная кислота реагирует с гидроксидом натрия (см. п. 1) и может реагировать с аланином (см. п. 3). Хотя обе реакции возможны, реакция образования пептидной связи с аланином требует особых условий (нагревание, катализаторы) и не протекает самопроизвольно при смешивании реагентов. В то же время реакции с сильной кислотой и сильным основанием (вариант 2) являются фундаментальными и протекают в стандартных условиях, являясь классической иллюстрацией амфотерности. Поэтому вариант 2 является наиболее точным ответом.

Ответ: 2