Страница 17 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

10. При дегидрировании пропана можно получить непредельный углеводород, формула которого

1) $C_3H_6$

2) $C_3H_8$

3) $C_4H_8$

4) $C_2H_4$

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо разобраться в терминах и проанализировать химическую реакцию.

Исходное вещество — пропан. Пропан ($C_3H_8$) относится к классу алканов (предельных, или насыщенных, углеводородов), общая формула которых $C_nH_{2n+2}$. В его молекуле содержится 3 атома углерода, и все связи между атомами углерода одинарные.

Процесс, который происходит с пропаном — дегидрирование. Это химическая реакция отщепления молекул водорода ($H_2$) от молекулы органического соединения. В результате дегидрирования алканов образуются непредельные углеводороды (алкены или алкины), содержащие двойные или тройные связи.

Запишем уравнение реакции дегидрирования пропана. При отщеплении одной молекулы водорода от молекулы пропана образуется пропен, который является непредельным углеводородом:
$C_3H_8 \xrightarrow{t, катализатор} C_3H_6 + H_2$
Структурно это выглядит так:
$CH_3-CH_2-CH_3 \xrightarrow{t, катализатор} CH_2=CH-CH_3 + H_2$

Продукт реакции, пропен ($C_3H_6$), имеет в своем составе двойную связь, поэтому он является непредельным (ненасыщенным) углеводородом.

Теперь проанализируем предложенные варианты ответа:

1) $C_3H_6$ — это пропен. Как было показано выше, это непредельный углеводород, который является продуктом дегидрирования пропана. Этот вариант верный.

2) $C_3H_8$ — это пропан, то есть исходное вещество. Он является предельным углеводородом, а не продуктом реакции.

3) $C_4H_8$ — это бутен. В его молекуле 4 атома углерода, в то время как в исходном пропане их 3. Реакция дегидрирования не изменяет число атомов углерода в углеродной цепи.

4) $C_2H_4$ — это этен. В его молекуле 2 атома углерода. Для получения этена из пропана необходим разрыв углерод-углеродной связи (реакция крекинга), а не простое дегидрирование.

Таким образом, при дегидрировании пропана образуется непредельный углеводород с формулой $C_3H_6$.

Ответ: 1) $C_3H_6$

11. Бензин — это смесь углеводородов различного строения, представляющая собой горючую, летучую и токсичную жидкость.

Выберите утверждения, характеризующие бензин.

1) Выход бензина не более $20 \%$ от массы переработанной нефти.

2) Вдыхание паров бензина вызывает отравление.

3) Для использования бензина при низких температурах в него добавляют специальные присадки.

4) При определённых концентрациях паров бензина в воздухе образуются взрывчатые смеси.

5) Для удаления жирных пятен с одежды в домашних условиях можно воспользоваться бензином.

1) Выход бензина не более 20 % от массы переработанной нефти.

Данное утверждение является неверным в контексте современной нефтепереработки. При первичной перегонке нефти (атмосферной дистилляции) действительно получают около 10–20 % бензиновых фракций. Однако для увеличения выхода ценного продукта применяют вторичные процессы, такие как каталитический крекинг и риформинг, которые позволяют перерабатывать более тяжелые фракции в бензин. В результате на современных нефтеперерабатывающих заводах суммарный выход бензина из нефти может достигать 50–60 % и более. Таким образом, утверждение о выходе не более 20 % не отражает реальное положение дел в современной промышленности.

Ответ: Утверждение неверно.

2) Вдыхание паров бензина вызывает отравление.

Это утверждение верно. В самом условии задачи бензин охарактеризован как токсичная жидкость. Компоненты бензина (алифатические, ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол) являются токсичными веществами. При вдыхании их паров происходит отравление организма, которое может проявляться в виде головокружения, головной боли, тошноты, а при высоких концентрациях — к потере сознания и более тяжелым последствиям.

Ответ: Утверждение верно.

3) Для использования бензина при низких температурах в него добавляют специальные присадки.

Это утверждение верно. Для обеспечения надежной работы двигателя в зимний период выпускают специальный «зимний» бензин. Он отличается от «летнего» повышенным давлением насыщенных паров, что облегчает запуск холодного двигателя. Для улучшения низкотемпературных свойств в бензин добавляют специальные присадки, например, противообледенительные (антиобледенительные), которые предотвращают замерзание воды в топливной системе.

Ответ: Утверждение верно.

4) При определённых концентрациях паров бензина в воздухе образуются взрывчатые смеси.

Это утверждение верно. Бензин — летучая и горючая жидкость. Его пары, смешиваясь с воздухом, образуют горючую смесь. В определенном диапазоне концентраций (для паров бензина это примерно от 1,4 % до 7,6 % по объему) эта смесь становится взрывоопасной, то есть способна к очень быстрому сгоранию (взрыву) при наличии источника зажигания (искры, пламени).

Ответ: Утверждение верно.

5) Для удаления жирных пятен с одежды в домашних условиях можно воспользоваться бензином.

Это утверждение верно. Бензин является хорошим органическим растворителем. Поскольку и бензин (смесь неполярных углеводородов), и жиры (также в основном неполярные соединения) имеют схожую природу, бензин эффективно растворяет жиры согласно принципу «подобное растворяется в подобном». Для бытовых целей обычно используют специально очищенный бензин (например, «Калоша» или нефрас), чтобы избежать резкого запаха и порчи ткани от присадок, содержащихся в автомобильном топливе.

Ответ: Утверждение верно.

12. Установите соответствие между исходными веществами и продуктами реакции.

ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА

A) $ \text{CH}_4 + \text{Br}_2 \rightarrow $

Б) $ \text{CH}_4 \xrightarrow{t} $

B) $ \text{CH}_3\text{—}\text{CH}_2\text{—}\text{CH}_2\text{—}\text{CH}_3 \xrightarrow{t} $

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ

1) $ \text{C} + \text{H}_2 $

2) $ \text{CH}_2\text{Br}_2 + \text{H}_2 $

3) $ \text{CH}_3\text{—}\text{CH}_2\text{—}\text{CH}_2\text{—}\text{CH}_3 + \text{H}_2 $

4) $ \text{CH}_3\text{Br} + \text{HBr} $

5) $ \text{CH}_3\text{—}\underset{\text{CH}_3}{|}{\text{CH}}\text{—}\text{CH}_3 $

А) Реакция метана ($CH_4$) с бромом ($Br_2$) является реакцией галогенирования алканов. Она протекает по механизму свободнорадикального замещения, обычно при нагревании или УФ-облучении. В ходе реакции один атом водорода в молекуле метана замещается на атом брома, а высвободившийся атом водорода соединяется со вторым атомом брома, образуя бромоводород ($HBr$). Уравнение реакции выглядит следующим образом: $CH_4 + Br_2 \rightarrow CH_3Br + HBr$. Продукты реакции — бромметан ($CH_3Br$) и бромоводород ($HBr$), что соответствует варианту 4.

Ответ: 4.

Б) Нагревание метана ($CH_4$) до высокой температуры без доступа воздуха называется пиролизом. При температуре свыше 1000 °C метан подвергается термическому разложению на простые вещества: твёрдый углерод (сажу) и газообразный водород. Уравнение этой реакции: $CH_4 \xrightarrow{t > 1000^\circ C} C + 2H_2$. Продуктами являются углерод ($C$) и водород ($H_2$), что соответствует варианту 1.

Ответ: 1.

В) Исходным веществом является н-бутан ($CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$). При нагревании в присутствии катализаторов (например, хлорида алюминия) алканы линейного строения способны вступать в реакцию изомеризации, в результате которой образуются их разветвлённые изомеры. В данном случае н-бутан изомеризуется в изобутан (2-метилпропан). Уравнение реакции изомеризации: $CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 \xrightarrow{t, катализатор} CH_3-CH(CH_3)-CH_3$. Структурная формула продукта, представленная в варианте 5, соответствует изобутану.

Ответ: 5.

Задания с развёрнутым ответом

13. Метан — вещество не только земное, но и космическое. Где метан можно обнаружить на Земле и в космосе?

Метан ($CH_4$) — это простейший углеводород, который образуется как в результате биологических, так и геологических процессов, и поэтому встречается в самых разных местах.

На Земле

На нашей планете метан является важной частью биосферы и литосферы. Основные места его обнаружения:

• Природный газ. Метан является его главным компонентом (от 75% до 99%). Его добывают из подземных месторождений, часто вместе с нефтью. Это основной промышленный источник метана.
• Биогенные источники. Метан образуется при разложении органических веществ микроорганизмами (метаногенами) в анаэробных (бескислородных) условиях. К таким источникам относятся:
  • Болота, водно-болотные угодья и дно водоемов (отсюда его старое название «болотный газ»).
  • Пищеварительный тракт жвачных животных, таких как коровы и овцы, а также некоторых насекомых, например, термитов.
  • Залитые водой рисовые поля.
  • Полигоны бытовых отходов (свалки), где он образуется при гниении органики.
• Месторождения ископаемых. Метан в большом количестве содержится в угольных пластах (рудничный газ) и представляет опасность при проведении шахтных работ.
• Газогидраты. На дне морей и океанов, а также в вечной мерзлоте существуют огромные залежи гидрата метана — твердого вещества, похожего на лед, где молекулы метана заключены в кристаллическую решетку из молекул воды.
• Атмосфера. Метан в небольших количествах (около 0,00018%) присутствует в атмосфере Земли и является сильным парниковым газом, влияющим на климат.

Ответ: На Земле метан можно обнаружить в составе природного газа, в угольных месторождениях, в виде газогидратов на дне океанов и в вечной мерзлоте, в болотах и на свалках, в пищеварительном тракте жвачных животных и в атмосфере.

В космосе

Метан — одно из распространенных органических веществ во Вселенной. Его можно найти в следующих космических объектах:

• Планеты-гиганты. Атмосферы Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна содержат метан. В атмосферах Урана и Нептуна метан поглощает красную часть солнечного спектра, что придает этим планетам их характерный сине-голубой цвет.
• Спутники планет. Самый известный пример — Титан, крупнейший спутник Сатурна. Его плотная атмосфера содержит около 1,4% метана. При низких температурах на Титане метан существует в жидком состоянии, образуя реки, озера и моря.
• Карликовые планеты и объекты пояса Койпера. На поверхности Плутона, Эриды и других ледяных тел за орбитой Нептуна метан обнаружен в виде льда.
• Марс. В марсианской атмосфере периодически обнаруживают следы метана. Его происхождение — одна из главных загадок планетологии, так как оно может быть как геологическим (вулканическая активность), так и биологическим (жизнедеятельность микробов).
• Кометы и межзвездная среда. Метан входит в состав летучих соединений, из которых состоят кометы. Также его молекулы обнаружены в гигантских газопылевых облаках, где формируются новые звезды и планеты.
• Экзопланеты. С помощью спектрального анализа метан был найден в атмосферах планет, вращающихся вокруг других звезд.

Ответ: В космосе метан обнаружен в атмосферах планет-гигантов (Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун), в атмосфере и на поверхности их спутников (особенно Титана), в виде льда на карликовых планетах (Плутон), в следовых количествах в атмосфере Марса, а также в составе комет и межзвездных облаков.

14. Определите объём этана (н. у.), необходимого для получения 28,45 кДж теплоты, если термохимическое уравнение реакции его горения

$2\text{C}_2\text{H}_6 + 7\text{O}_2 = 4\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + 2845 \text{ кДж}$

Дано:

Термохимическое уравнение: $2\text{C}_2\text{H}_6 + 7\text{O}_2 = 4\text{CO}_2 + 6\text{H}_2\text{O} + 2845 \text{ кДж}$
Количество выделившейся теплоты $Q_1 = 28,45 \text{ кДж}$
Тепловой эффект реакции (из уравнения) $Q_2 = 2845 \text{ кДж}$
Условия: нормальные (н. у.)

$Q_1 = 28,45 \text{ кДж} = 28,45 \times 10^3 \text{ Дж}$
$Q_2 = 2845 \text{ кДж} = 2845 \times 10^3 \text{ Дж}$
Молярный объем газа при н. у. $V_m = 22,4 \text{ л/моль} = 22,4 \times 10^{-3} \text{ м}^3\text{/моль}$

Найти:

$V(\text{C}_2\text{H}_6)$ — ?

Решение:

Из термохимического уравнения следует, что при сгорании 2 моль этана ($C_2H_6$) выделяется 2845 кДж теплоты.

Чтобы определить, какое количество вещества этана, $n(\text{C}_2\text{H}_6)$, необходимо для выделения 28,45 кДж теплоты, составим и решим пропорцию, исходя из данных уравнения:

$ \frac{2 \text{ моль } C_2H_6}{2845 \text{ кДж}} = \frac{n(C_2H_6)}{28,45 \text{ кДж}} $

Выразим искомое количество вещества $n(C_2H_6)$:

$ n(\text{C}_2\text{H}_6) = \frac{2 \text{ моль} \times 28,45 \text{ кДж}}{2845 \text{ кДж}} = 0,02 \text{ моль} $

Зная количество вещества этана, рассчитаем его объем при нормальных условиях (н. у.). Объем газа при н. у. вычисляется по формуле $V = n \times V_m$, где $V_m$ — молярный объем газа, равный 22,4 л/моль.

$ V(\text{C}_2\text{H}_6) = 0,02 \text{ моль} \times 22,4 \text{ л/моль} = 0,448 \text{ л} $

Ответ: для получения 28,45 кДж теплоты необходим этан объемом 0,448 л.