Страница 22 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

12. Установите соответствие между исходными веществами и продук-
тами реакции.

ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА

А) $\text{CH}_4 + \text{Cl}_2 \longrightarrow$

Б) $\text{CH}_3—\text{CH}_3 + \text{O}_2 \longrightarrow$

В) $\text{CH}_3—\text{CH}_2—\text{CH}_2—\text{CH}_2—\text{CH}_3 \overset{t}{\longrightarrow}$

ПРОДУКТЫ РЕАКЦИИ

1) $\text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$

2) $\text{CH}_3\text{Cl} + \text{H}_2$

3) $\text{CH}_3\text{Cl} + \text{HCl}$

4) $\text{CH}_3—\text{CH}_2—\text{CH}_2—\text{CH}_3 + \text{CH}_4$

5) $\text{CH}_3—\text{CH}_2—\text{CH}—\text{CH}_3$
$|$
$\text{CH}_3$

Для того чтобы установить соответствие, необходимо проанализировать тип химического превращения для каждой реакции.

А) $CH_4 + Cl_2 \rightarrow$

Взаимодействие метана ($CH_4$) с хлором ($Cl_2$) является реакцией замещения, а именно галогенированием алканов. Эта реакция протекает по свободно-радикальному механизму, как правило, при освещении ультрафиолетом. В ходе реакции один атом водорода в молекуле метана замещается на атом хлора с образованием хлорметана ($CH_3Cl$) и хлороводорода ($HCl$).
Уравнение реакции: $CH_4 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3Cl + HCl$.
Полученные продукты соответствуют варианту 3.

Ответ: 3

Б) $CH_3-CH_3 + O_2 \rightarrow$

Взаимодействие этана ($CH_3-CH_3$) с кислородом ($O_2$) — это реакция горения (полного окисления). При полном сгорании любого углеводорода образуются два оксида: оксид углерода(IV) (углекислый газ, $CO_2$) и оксид водорода (вода, $H_2O$).
Уравнение реакции: $2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O$.
Полученные продукты соответствуют варианту 1.

Ответ: 1

В) $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \xrightarrow{t} $

Исходное вещество — н-пентан, алкан с линейной углеродной цепью. Нагревание (обозначено буквой $t$) алканов может приводить к реакциям крекинга (расщепления углеродной цепи) или изомеризации (изменения структуры углеродного скелета).
Реакция изомеризации — это процесс превращения вещества в его изомер. Для н-пентана ($C_5H_{12}$) одним из изомеров является 2-метилбутан (изопентан), который имеет разветвленное строение и ту же молекулярную формулу $C_5H_{12}$. Этот процесс широко используется в промышленности и протекает при нагревании в присутствии катализаторов.
Уравнение реакции изомеризации: $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \xrightarrow{t, катализатор} CH_3-CH_2-\underset{\underset{CH_3}{|}}{CH}-CH_3$.
Продукт, указанный в варианте 5, является 2-метилбутаном, то есть изомером н-пентана. Следовательно, это реакция изомеризации.

Ответ: 5

13. В качестве топлива часто используют сжиженный газ, его перевозят в баллонах красного цвета. Каков состав и каковы области применения сжиженного газа?

Сжиженный газ, о котором идет речь, — это сжиженный углеводородный газ (СУГ). Он представляет собой смесь легких углеводородов, которая при нормальных атмосферных условиях находится в газообразном состоянии, но при повышении давления переходит в жидкое состояние. Это свойство облегчает его хранение и транспортировку. Баллоны красного цвета с надписью «Пропан» или «Пропан-Бутан» являются стандартной тарой для его перевозки и использования в быту и на производстве.

Состав сжиженного газа

Основу сжиженного углеводородного газа составляют предельные углеводороды (алканы) с 3-4 атомами углерода в молекуле. Точный состав зависит от марки газа (летняя, зимняя) и источника получения (нефтепереработка или переработка природного газа).

• Пропан ($C_3H_8$): Газ, который легко испаряется даже при низких температурах (температура кипения –42,1 °C). Его содержание в смеси увеличивают в зимний период для обеспечения надежного испарения на холоде.
• Бутан ($C_4H_{10}$): Газ с более высокой температурой кипения (–0,5 °C), обладающий большей теплотворной способностью на единицу объема. Его доля преобладает в летних смесях, предназначенных для использования в теплом климате.
• Непредельные углеводороды: В смеси также могут присутствовать в небольших количествах пропилен ($C_3H_6$) и бутилен ($C_4H_8$).
• Одоранты: Так как сами по себе углеводородные газы не имеют запаха, для безопасности в их состав в малых концентрациях добавляют специальные вещества с резким неприятным запахом (одоранты, например, этилмеркаптан). Это позволяет своевременно обнаружить утечку по запаху.

Ответ: Сжиженный газ представляет собой смесь углеводородов, в основном пропана ($C_3H_8$) и бутана ($C_4H_{10}$), с добавлением одорантов для придания газу характерного запаха в целях безопасности.

Области применения сжиженного газа

Благодаря высокой теплотворной способности, удобству транспортировки и относительной экологичности, сжиженный газ находит широкое применение в различных сферах.

• Коммунально-бытовая сфера: Используется для приготовления пищи, отопления и горячего водоснабжения в жилых домах, дачах и коттеджах, не подключенных к центральной газовой сети (автономная газификация).
• В качестве автомобильного топлива: СУГ (часто называемый «автогаз») является популярной, более дешевой и экологически чистой альтернативой бензину и дизельному топливу.
• Промышленность: Применяется для отопления производственных помещений, в качестве топлива для различных технологических процессов (например, в печах для обжига, сушки), для газопламенной резки и сварки металлов, а также как топливо для вилочных погрузчиков.
• Сельское хозяйство: Используется для обогрева теплиц, птицефабрик, сушки зерна и другой сельскохозяйственной продукции.
• Строительство: Применяется для обогрева строящихся объектов в холодное время года, для работы кровельного оборудования (наплавление гидроизоляции с помощью газовых горелок).
• Химическая промышленность: Служит сырьем (фидстоком) для нефтехимического синтеза, например, для производства пластмасс, каучуков и других органических соединений.
• Туризм и отдых: Используется в портативных газовых плитках, грилях, обогревателях для палаток и кемперов.

Ответ: Основные области применения сжиженного газа — это бытовое использование (отопление, приготовление пищи), автомобильное топливо, различные процессы в промышленности, сельском хозяйстве и строительстве, а также в качестве сырья для химической промышленности.

14. Определите объём метана (н. у.), необходимого для получения 440 кДж теплоты, если термохимическое уравнение реакции его горения

$CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O + 880 \text{ кДж}$

Дано:

Термохимическое уравнение: $CH_4 + 2O_2 = CO_2 + 2H_2O + 880$ кДж

Количество выделившейся теплоты: $Q = 440$ кДж

Молярный объем газа при н. у.: $V_m = 22.4$ л/моль

Найти:

$V(CH_4)$ — ?

Решение:

1. Из термохимического уравнения реакции следует, что при сгорании 1 моль метана ($CH_4$) выделяется 880 кДж теплоты. Это можно записать как:

$n(CH_4) = 1$ моль; $Q_1 = 880$ кДж

2. По условию задачи, в результате реакции выделилось 440 кДж теплоты ($Q_2$). Составим пропорцию, чтобы найти количество вещества ($n_2$) метана, которое сгорело:

$\frac{n_1(CH_4)}{Q_1} = \frac{n_2(CH_4)}{Q_2}$

$\frac{1 \text{ моль}}{880 \text{ кДж}} = \frac{n_2(CH_4)}{440 \text{ кДж}}$

3. Выразим и рассчитаем количество вещества метана $n_2(CH_4)$:

$n_2(CH_4) = \frac{1 \text{ моль} \cdot 440 \text{ кДж}}{880 \text{ кДж}} = 0.5$ моль

4. Зная количество вещества метана, можно найти его объем при нормальных условиях (н. у.), используя молярный объем газа ($V_m = 22.4$ л/моль):

$V(CH_4) = n_2(CH_4) \cdot V_m$

$V(CH_4) = 0.5 \text{ моль} \cdot 22.4 \text{ л/моль} = 11.2$ л

Ответ: для получения 440 кДж теплоты необходим объем метана 11.2 л.

1. Общая формула алкенов и циклоалканов

1) $C_n H_{2n+2}$

2) $C_n H_{2n}$

3) $C_n H_n$

4) $CH_{2n}$

Общая формула алкенов и циклоалканов

Решение:

Общая формула класса органических соединений отражает количественное соотношение атомов углерода (C) и водорода (H) в молекулах всех представителей данного гомологического ряда. Чтобы найти общую формулу для алкенов и циклоалканов, необходимо рассмотреть их строение.

За основу для сравнения берется общая формула алканов (насыщенных углеводородов с открытой цепью), которая имеет вид $C_nH_{2n+2}$, где $n$ – это число атомов углерода в молекуле.

Алкены – это углеводороды, которые содержат одну двойную связь между атомами углерода ($C=C$). Образование этой двойной связи приводит к тому, что в молекуле становится на два атома водорода меньше по сравнению с соответствующим алканом. Таким образом, общая формула алкенов получается путем вычитания двух атомов водорода из формулы алканов: $C_nH_{2n+2-2}$, что упрощается до $C_nH_{2n}$. Эта формула справедлива для алкенов, у которых $n \ge 2$.

Циклоалканы – это углеводороды, в которых атомы углерода соединены в замкнутую цепь (цикл) одинарными связями. Процесс замыкания цепи также приводит к потере двух атомов водорода по сравнению с алканом, имеющим такое же число атомов углерода. Следовательно, общая формула для циклоалканов (с одним циклом) также является $C_nH_{2n}$. Эта формула справедлива для циклоалканов, у которых $n \ge 3$.

Таким образом, и алкены, и циклоалканы описываются одной и той же общей формулой $C_nH_{2n}$ и являются межклассовыми изомерами.

Проанализируем предложенные варианты ответов:

1) $C_nH_{2n+2}$ — это общая формула для алканов.

2) $C_nH_{2n}$ — это общая формула как для алкенов, так и для циклоалканов. Этот вариант является правильным.

3) $C_nH_n$ — не является общей формулой для какого-либо из основных гомологических рядов. Этой формуле могут соответствовать отдельные соединения, например, ацетилен ($C_2H_2$) или бензол ($C_6H_6$).

4) $CH_{2n}$ — данная запись является некорректной, так как у атома углерода отсутствует индекс $n$, показывающий число атомов.

Ответ: 2) $C_nH_{2n}$

2. Не имеет изомеров

1) бутен-1

2) бутен-2

3) 2-метилпропен

4) этен

Изомеры — это химические соединения, которые имеют одинаковую молекулярную формулу (одинаковый состав), но разное строение, что приводит к различным свойствам. Чтобы найти соединение, не имеющее изомеров, необходимо проанализировать каждый вариант.

1) бутен-1

Молекулярная формула бутена-1 — $C_4H_8$. Структурная формула: $CH_2=CH-CH_2-CH_3$. Данное соединение имеет несколько типов изомеров: изомер положения двойной связи (бутен-2), изомер углеродного скелета (2-метилпропен) и межклассовые изомеры (например, циклобутан). Следовательно, бутен-1 имеет изомеры.

2) бутен-2

Молекулярная формула бутена-2 — $C_4H_8$. Структурная формула: $CH_3-CH=CH-CH_3$. Данное соединение имеет несколько типов изомеров: изомер положения двойной связи (бутен-1), изомер углеродного скелета (2-метилпропен), пространственные изомеры (цис- и транс-бутен-2) и межклассовые изомеры (например, циклобутан). Следовательно, бутен-2 имеет изомеры.

3) 2-метилпропен

Молекулярная формула 2-метилпропена — $C_4H_8$. Структурная формула: $CH_2=C(CH_3)_2$. Данное соединение имеет структурные изомеры (бутен-1, бутен-2) и межклассовые изомеры (например, циклобутан). Важно отметить, что первые три варианта ответа являются структурными изомерами друг для друга. Следовательно, 2-метилпропен имеет изомеры.

4) этен

Молекулярная формула этена (этилена) — $C_2H_4$. Структурная формула: $CH_2=CH_2$. Проанализируем возможность существования изомеров для этена. Структурные изомеры невозможны, так как углеродная цепь из двух атомов не может быть разветвленной, а положение двойной связи является единственно возможным. Геометрические (цис-транс) изомеры также невозможны, поскольку у каждого атома углерода при двойной связи находятся два одинаковых заместителя (атома водорода). Межклассовые изомеры (циклоалканы) не существуют для двух атомов углерода, так как минимальный цикл требует трех атомов. Таким образом, этен не имеет изомеров.

Ответ: 4) этен

3. Гомологами являются

1) бутен-1 и бутен-2

2) этен и пропен

3) этен и этан

4) бутан и пропен

Гомологи — это вещества, которые относятся к одному и тому же классу органических соединений, имеют сходное строение и химические свойства, но отличаются друг от друга по составу на одну или несколько гомологических разностей — групп $CH_2$.

Проанализируем предложенные пары веществ:

1) бутен-1 и бутен-2
Бутен-1 ($CH_2=CH-CH_2-CH_3$) и бутен-2 ($CH_3-CH=CH-CH_3$) имеют одинаковую молекулярную формулу $C_4H_8$, но разное строение (различное положение двойной связи). Такие вещества являются структурными изомерами (изомерами положения), а не гомологами.

2) этен и пропен
Этен ($C_2H_4$) и пропен ($C_3H_6$) оба относятся к классу алкенов, имеют общую формулу $C_nH_{2n}$ и содержат одну двойную связь. Их состав отличается на одну группу $CH_2$. Следовательно, этен и пропен являются гомологами.

3) этен и этан
Этен ($C_2H_4$) — это алкен (содержит двойную связь), а этан ($C_2H_6$) — это алкан (содержит только одинарные связи). Поскольку они принадлежат к разным классам органических соединений, они не являются гомологами.

4) бутан и пропен
Бутан ($C_4H_{10}$) — это алкан, а пропен ($C_3H_6$) — это алкен. Они принадлежат к разным гомологическим рядам и не являются гомологами.

Ответ: 2