Страница 18 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Молекулярная формула пропана

1) $C_3H_6$

2) $C_7H_{14}$

3) $C_5H_{12}$

4) $C_3H_8$

Дано:
Вещество — пропан.

Найти:
Молекулярную формулу пропана.

Решение
Пропан относится к классу предельных углеводородов — алканов. Общая формула для гомологического ряда алканов: $C_n H_{2n+2}$, где $n$ — это число атомов углерода в молекуле.
Название углеводорода определяется количеством атомов углерода. Префикс "проп-" в названии "пропан" означает, что в молекуле содержится 3 атома углерода. Таким образом, для пропана $n = 3$.
Чтобы найти количество атомов водорода, подставим значение $n=3$ в общую формулу алканов:
Количество атомов водорода = $2 \times n + 2 = 2 \times 3 + 2 = 6 + 2 = 8$.
Следовательно, молекулярная формула пропана — $C_3H_8$.
Проанализируем предложенные варианты:
1) $C_3H_6$ — это формула пропена (алкен) или циклопропана.
2) $C_7H_{14}$ — это формула гептена (алкен) или циклогептана.
3) $C_5H_{12}$ — это формула пентана (алкан).
4) $C_3H_8$ — это формула пропана.
Таким образом, правильный вариант ответа находится под номером 4.

Ответ: 4) $C_3H_8$.

2. Гомологом бутана является вещество, формула которого

1) $C_3H_6$

2) $C_7H_{14}$

3) $C_2H_2$

4) $CH_4$

Решение

Гомологи — это вещества, которые принадлежат к одному и тому же гомологическому ряду, то есть имеют сходное химическое строение, одинаковые химические свойства и общую формулу, но отличаются друг от друга по составу на одну или несколько групп $-CH_2-$ (гомологическая разность).

Бутан является представителем гомологического ряда алканов (предельных, или насыщенных, углеводородов). Общая формула для алканов: $C_nH_{2n+2}$, где $n$ — целое число, обозначающее количество атомов углерода.

Для бутана число атомов углерода $n=4$, его формула — $C_4H_{2 \cdot 4 + 2} = C_4H_{10}$.

Чтобы найти гомолог бутана, нужно проверить, какая из предложенных формул соответствует общей формуле алканов $C_nH_{2n+2}$.

1) $C_3H_6$

В этой молекуле 3 атома углерода ($n=3$). По общей формуле алканов, количество атомов водорода должно быть $2 \cdot 3 + 2 = 8$. Формула соответствующего алкана (пропана) — $C_3H_8$. Формула $C_3H_6$ соответствует общей формуле алкенов ($C_nH_{2n}$), это пропен. Следовательно, $C_3H_6$ не является гомологом бутана.

2) $C_7H_{14}$

В этой молекуле 7 атомов углерода ($n=7$). По общей формуле алканов, количество атомов водорода должно быть $2 \cdot 7 + 2 = 16$. Формула соответствующего алкана (гептана) — $C_7H_{16}$. Формула $C_7H_{14}$ соответствует общей формуле алкенов ($C_nH_{2n}$), это гептен. Следовательно, $C_7H_{14}$ не является гомологом бутана.

3) $C_2H_2$

В этой молекуле 2 атома углерода ($n=2$). По общей формуле алканов, количество атомов водорода должно быть $2 \cdot 2 + 2 = 6$. Формула соответствующего алкана (этана) — $C_2H_6$. Формула $C_2H_2$ соответствует общей формуле алкинов ($C_nH_{2n-2}$), это этин (ацетилен). Следовательно, $C_2H_2$ не является гомологом бутана.

4) $CH_4$

В этой молекуле 1 атом углерода ($n=1$). По общей формуле алканов, количество атомов водорода должно быть $2 \cdot 1 + 2 = 4$. Формула вещества — $CH_4$. Это метан, первый член гомологического ряда алканов. Поскольку и метан ($CH_4$), и бутан ($C_4H_{10}$) принадлежат к одному гомологическому ряду алканов, они являются гомологами.

Ответ: 4) $CH_4$

3. Структурная формула пентана

1) $\text{CH}_3\text{--}\begin{array}[t]{@{}c@{}}\text{CH}\\\text{|} \\ \text{CH}_3\end{array}\text{--}\text{CH}_2\text{--}\text{CH}_3$

2) $\text{CH}_3\text{--}\text{CH}_2\text{--}\text{CH}_2\text{--}\text{CH}_2\text{--}\text{CH}_3$

3) $\text{CH}_3\text{--}\begin{array}[t]{@{}c@{}}\text{CH}_2\\\text{|} \\ \text{CH}_2\text{--}\text{CH}_3\end{array}$

4) $\begin{array}[t]{@{}c@{}}\text{CH}_2\\\text{|} \\ \text{CH}_2\text{--}\text{CH}_2\end{array}\quad\begin{array}[t]{@{}c@{}}\text{CH}\text{--}\text{CH}_3\\\text{|} \\ \text{CH}_2\text{--}\text{CH}_2\end{array}$

Решение

Пентан — это алкан, то есть насыщенный углеводород, содержащий 5 атомов углерода. Общая формула для алканов — $C_n H_{2n+2}$. Следовательно, для пентана, где $n=5$, молекулярная формула будет $C_5 H_{12}$. Когда в названии алкана не указано иное (например, "изо-" или номер заместителя), имеется в виду алкан нормального, неразветвленного строения (н-пентан).

Рассмотрим предложенные варианты структурных формул:

1) $CH_3—CH(CH_3)—CH_2—CH_3$. В данном соединении самая длинная углеродная цепь состоит из 4 атомов (это бутан), и у второго атома углерода есть метильный заместитель ($—CH_3$). Полное название соединения — 2-метилбутан. Его также называют изопентан. Подсчитаем количество атомов: 5 атомов углерода и $3+1+3+2+3 = 12$ атомов водорода. Молекулярная формула — $C_5 H_{12}$. Это изомер пентана, но не н-пентан.

2) $CH_3—CH_2—CH_2—CH_2—CH_3$. Эта формула представляет собой прямую, неразветвленную цепь из 5 атомов углерода. Это н-пентан. Количество атомов: 5 атомов углерода и $3+2+2+2+3 = 12$ атомов водорода. Молекулярная формула — $C_5 H_{12}$. Эта структура полностью соответствует определению пентана (н-пентана).

3) $CH_3—CH_2$ с боковой цепью $—CH_2—CH_3$. Если проследить самую длинную непрерывную цепь атомов углерода, то она составит 4 атома ($CH_3—CH_2—CH_2—CH_3$). Это н-бутан. Его молекулярная формула — $C_4 H_{10}$. Это соединение не является пентаном.

4) В данной структуре атомы углерода образуют замкнутую цепь. Это циклоалкан. Основу составляет цикл из 4 атомов углерода (циклобутан) с метильным заместителем. Название соединения — метилциклобутан. Его молекулярная формула — $C_5 H_{10}$ (общая формула циклоалканов $C_n H_{2n}$). Так как это не алкан, этот вариант не является пентаном.

Следовательно, структурная формула пентана (н-пентана) представлена под номером 2.

Ответ: 2.

4. Укажите название алкана, формула которого

$\text{CH}_3\text{--CH}(\text{CH}_3)\text{--CH}(\text{CH}_3)\text{--CH}_3$

1) гексан

2) 2,2-метилбутан

3) диметилгексан

4) 2,3-диметилбутан

Решение

Для определения правильного названия органического соединения по номенклатуре ИЮПАК (IUPAC) необходимо следовать алгоритму:

1. Выбор главной углеродной цепи. Необходимо найти самую длинную непрерывную цепь атомов углерода. В представленной структурной формуле
CH₃—CH—CH—CH₃
| |
CH₃ CH₃
самая длинная цепь содержит 4 атома углерода (выделена горизонтально). Основой названия будет «бутан».

2. Нумерация атомов главной цепи. Нумерацию цепи начинают с того конца, к которому ближе находятся заместители (в данном случае — метильные группы -CH₃). Если нумеровать слева направо, заместители будут у второго и третьего атомов углерода. Если нумеровать справа налево, результат будет таким же.
¹CH₃—²CH(CH₃)—³CH(CH₃)—⁴CH₃
Таким образом, заместители находятся у атомов C-2 и C-3.

3. Формирование полного названия. В молекуле есть два одинаковых заместителя — метильные группы. Их количество указывается приставкой «ди-». Положение заместителей указывается цифрами (локантами) перед названием.
Собираем название: локанты-приставка-название заместителя-название главной цепи.
Получаем: 2,3-диметилбутан.

Сравнивая полученное название с предложенными вариантами, мы видим, что оно соответствует варианту 4).

Ответ: 4) 2,3-диметилбутан.

5. Температура кипения алканов в ряду гексан, пентан, бутан, этан

1) уменьшается

2) не изменяется

3) увеличивается

4) сначала увеличивается, затем уменьшается

Решение

Температура кипения веществ зависит от силы межмолекулярного взаимодействия. Чем сильнее притяжение между молекулами, тем больше энергии требуется для их разделения и перехода в газообразное состояние, и, следовательно, тем выше температура кипения.

Алканы (гексан, пентан, бутан, этан) являются неполярными молекулами. Основной вид межмолекулярного взаимодействия для них — это слабые силы Ван-дер-Ваальса (дисперсионные силы). Сила этих взаимодействий прямо пропорциональна размеру молекулы, ее молярной массе и площади поверхности. С увеличением длины углеродной цепи в гомологическом ряду алканов их молярная масса и площадь поверхности увеличиваются, что приводит к усилению межмолекулярных взаимодействий.

Рассмотрим ряд алканов, представленный в задаче: гексан, пентан, бутан, этан. Их химические формулы:

Гексан: $C_6H_{14}$
Пентан: $C_5H_{12}$
Бутан: $C_4H_{10}$
Этан: $C_2H_6$

В этом ряду происходит последовательное уменьшение числа атомов углерода в цепи ($6 \rightarrow 5 \rightarrow 4 \rightarrow 2$). Это означает, что молярная масса и размер молекул уменьшаются. Уменьшение размера молекул приводит к ослаблению дисперсионных сил между ними. Следовательно, для кипения требуется меньше энергии, и температура кипения в этом ряду будет уменьшаться.

Ответ: 1) уменьшается

6. Укажите характерное свойство парафина.

1) растворимость в воде

2) тугоплавкость

3) легкоплавкость

4) высокая плотность

Решение

Чтобы указать характерное свойство парафина, необходимо проанализировать каждый из предложенных вариантов. Парафин представляет собой воскоподобную смесь твёрдых насыщенных углеводородов (алканов).

1) растворимость в воде

Молекулы парафина являются неполярными, в то время как молекулы воды — полярные. Согласно эмпирическому правилу «подобное растворяется в подобном», парафин не растворяется в воде. Таким образом, данное утверждение неверно.

2) тугоплавкость

Тугоплавкими называют вещества с очень высокой температурой плавления (обычно выше 1500 °C). Температура плавления парафина находится в диапазоне от 40 °C до 70 °C, что является низким показателем. Следовательно, парафин не относится к тугоплавким веществам.

3) легкоплавкость

Легкоплавкость — это свойство вещества плавиться при относительно низкой температуре. Температура плавления парафина (40–70 °C) действительно низкая, что делает его легкоплавким. Это одно из самых известных и практически важных его свойств, которое используется, например, при изготовлении свечей. Данное утверждение является верным.

4) высокая плотность

Плотность твёрдого парафина составляет примерно $880–915 \text{ кг/м}^3$. Это значение меньше плотности воды (около $1000 \text{ кг/м}^3$). По этой причине парафин плавает на поверхности воды, что свидетельствует о его низкой, а не высокой плотности.

Таким образом, единственное характерное свойство парафина из перечисленных — это его легкоплавкость.

Ответ: 3) легкоплавкость.

7. Для полного сгорания 10 л пропана нужен кислород объёмом (н. у.)

1) 50 л

2) 10 л

3) 20 л

4) 30 л

Дано:

$V(C_3H_8) = 10 \text{ л}$

Условия нормальные (н. у.)

В системе СИ:
$V(C_3H_8) = 10 \text{ л} = 10 \cdot 10^{-3} \text{ м}^3 = 0,01 \text{ м}^3$

Найти:

$V(O_2) - ?$

Решение:

Для решения задачи необходимо составить уравнение реакции полного сгорания пропана. Пропан ($C_3H_8$) — это углеводород, при его полном сгорании в кислороде ($O_2$) образуются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

Запишем и уравняем химическую реакцию:

$C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$

Согласно закону Авогадро, при одинаковых условиях (температуре и давлении) объемы реагирующих газов относятся друг к другу как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции. В данном случае условия нормальные для всех газов.

Из уравнения реакции видно, что на 1 объем пропана требуется 5 объемов кислорода. Составим пропорцию:

$\frac{V(C_3H_8)}{1} = \frac{V(O_2)}{5}$

Отсюда можно выразить объем кислорода:

$V(O_2) = 5 \cdot V(C_3H_8)$

Подставим известное значение объема пропана:

$V(O_2) = 5 \cdot 10 \text{ л} = 50 \text{ л}$

Таким образом, для полного сгорания 10 л пропана потребуется 50 л кислорода. Этот вариант соответствует пункту 1).

Ответ: 50 л.

8. Укажите формулы веществ А и В в схеме $CH_4 \xleftarrow{A} CH_3Br \xrightarrow{B} CH_2Br_2$.

1) $Br_2$ и $HBr$

2) $HBr$ и $Br_2$

3) $NaBr$ и $HBr$

4) $Br_2$ и $Br_2$

Решение

Для определения веществ A и B необходимо проанализировать каждое из двух превращений в представленной схеме: $CH_4 \xleftarrow{A} CH_3Br \xrightarrow{B} CH_2Br_2$.

Анализ превращения $CH_3Br \xrightarrow{B} CH_2Br_2$

В этой реакции один из атомов водорода в молекуле бромметана ($CH_3Br$) замещается на атом брома, в результате чего образуется дибромметан ($CH_2Br_2$). Это реакция дальнейшего галогенирования. Для проведения таких реакций используется соответствующий галоген, в данном случае — молекулярный бром ($Br_2$). Реакция обычно протекает при нагревании или под действием ультрафиолетового света ($h\nu$) по свободно-радикальному механизму.

Уравнение реакции: $CH_3Br + Br_2 \xrightarrow{h\nu} CH_2Br_2 + HBr$

Из этого следует, что вещество B — это $Br_2$.

Анализ превращения $CH_3Br \xrightarrow{A} CH_4$

Данное превращение представляет собой восстановление бромметана до метана, то есть замену атома брома на атом водорода. Зная, что B — это $Br_2$, мы можем проанализировать предложенные варианты ответов.

В варианте 4 в качестве реагента A предложен $Br_2$. Реакция бромметана с бромом приведет к дальнейшему бромированию (как в реакции B), а не к образованию метана. Следовательно, этот вариант не подходит.

В варианте 2 в качестве реагента A предложен бромоводород ($HBr$). Данное превращение можно рассматривать как реакцию, обратную реакции бромирования метана:

$CH_3Br + HBr \rightleftharpoons CH_4 + Br_2$

Хотя в стандартных условиях равновесие этой обратимой реакции смещено в сторону образования $CH_3Br$ и $HBr$, данное направление реакции является химически возможным и единственно верным из предложенных вариантов.

Таким образом, веществом A является $HBr$, а веществом B — $Br_2$. Эта комбинация соответствует второму варианту ответа.

Ответ: 2) HBr и Br₂