Страница 24 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

10. Укажите вещества, с которыми может взаимодействовать бутен-2.

1) оксид углерода(IV) ($CO_2$)

2) водород ($H_2$)

3) углерод ($C$)

4) хлор ($Cl_2$)

5) бромид калия ($KBr$)

Бутен-2 (химическая формула $C_4H_8$, структурная формула $CH_3-CH=CH-CH_3$) относится к классу непредельных углеводородов — алкенов. Ключевой особенностью его строения является наличие двойной углерод-углеродной связи ($C=C$). Эта связь состоит из одной прочной $\sigma$-связи и одной менее прочной, реакционноспособной $\pi$-связи. Именно наличие $\pi$-связи определяет химические свойства бутена-2, в первую очередь его способность вступать в реакции присоединения. Рассмотрим взаимодействие бутена-2 с предложенными веществами.

1) оксид углерода(IV)

Оксид углерода(IV), или углекислый газ ($CO_2$), является кислотным оксидом. Бутен-2 — это неполярный углеводород, который не обладает ни основными, ни кислотными свойствами, достаточными для реакции с $CO_2$ в стандартных условиях. Стоит отметить, что $CO_2$ является продуктом полного сгорания бутена-2, а не реагентом для него.

Ответ: не взаимодействует.

2) водород

Бутен-2 вступает в реакцию присоединения водорода (гидрирование). Реакция протекает при нагревании в присутствии металлических катализаторов (никель, платина, палладий). В ходе реакции происходит разрыв $\pi$-связи в молекуле бутена-2 и присоединение двух атомов водорода, что приводит к образованию предельного углеводорода — бутана.

Уравнение реакции:

$CH_3-CH=CH-CH_3 + H_2 \xrightarrow{Ni, t^\circ} CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$

Ответ: взаимодействует.

3) углерод

Бутен-2 не реагирует с элементарным углеродом (C) в обычных условиях. Такие реакции не характерны для алкенов.

Ответ: не взаимодействует.

4) хлор

Бутен-2, как и все алкены, легко реагирует с галогенами, в том числе с хлором ($Cl_2$). Это реакция присоединения (галогенирование), которая обычно протекает при комнатной температуре. Двойная связь разрывается, и к каждому атому углерода присоединяется по одному атому хлора. Продуктом реакции является 2,3-дихлорбутан.

Уравнение реакции:

$CH_3-CH=CH-CH_3 + Cl_2 \rightarrow CH_3-CH(Cl)-CH(Cl)-CH_3$

Ответ: взаимодействует.

5) бромид калия

Бромид калия ($KBr$) — это ионное соединение, соль. Алкены не вступают в реакции с солями щелочных металлов, так как для этого нет химических предпосылок (например, условий для реакции ионного обмена или замещения).

Ответ: не взаимодействует.

Тестовое задание на соответствие

11. Установите соответствие между названием реакции с участием пропена и названиями продуктов реакции.

НАЗВАНИЕ РЕАКЦИИ

А) гидрирование

Б) бромирование

В) гидробромирование

НАЗВАНИЕ ПРОДУКТОВ РЕАКЦИИ

1) полипропилен

2) 2-бромпропан

3) пропан

4) 1,2-дибромпропан

5) оксид углерода(IV), вода

Решение

Для установления соответствия между названием реакции и продуктом необходимо рассмотреть химические превращения пропена ($CH_2=CH-CH_3$) в каждом случае.

А) гидрирование

Гидрирование – это реакция присоединения водорода ($H_2$) по месту двойной связи. Реакция протекает на катализаторах (Ni, Pt, Pd). В результате разрыва $\pi$-связи в молекуле пропена и присоединения двух атомов водорода образуется насыщенный углеводород – алкан. В данном случае продуктом является пропан.

Уравнение реакции:

$CH_2=CH-CH_3 + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH_2-CH_3$

Название продукта – пропан, что соответствует варианту 3).

Ответ: 3

Б) бромирование

Бромирование – это реакция присоединения молекулярного брома ($Br_2$) по месту двойной связи. Эта реакция является качественной на непредельные соединения (происходит обесцвечивание бромной воды). Атомы брома присоединяются к атомам углерода, образующим двойную связь.

Уравнение реакции:

$CH_2=CH-CH_3 + Br_2 \rightarrow CH_2Br-CHBr-CH_3$

Название продукта – 1,2-дибромпропан, что соответствует варианту 4).

Ответ: 4

В) гидробромирование

Гидробромирование – это реакция присоединения галогеноводорода, в данном случае бромоводорода ($HBr$), к алкену. Присоединение к несимметричным алкенам, каким является пропен, происходит в соответствии с правилом Марковникова: атом водорода присоединяется к наиболее гидрогенизированному атому углерода при двойной связи (у которого больше атомов H), а атом галогена – к наименее гидрогенизированному.

В молекуле пропена $CH_2=CH-CH_3$ у первого атома углерода при двойной связи 2 атома H, у второго – 1 атом H. Следовательно, атом водорода из HBr присоединится к первому атому углерода, а атом брома – ко второму.

Уравнение реакции:

$CH_2=CH-CH_3 + HBr \rightarrow CH_3-CHBr-CH_3$

Название продукта – 2-бромпропан, что соответствует варианту 2).

Ответ: 2

Задания с развёрнутым ответом

12. Из 23 г этанола получили 8 л этилена. Рассчитайте, сколько процентов составляет этот выход от теоретически возможного.

Дано:

Масса этанола: $m(C_2H_5OH) = 23$ г

Практический объем полученного этилена: $V_{практ.}(C_2H_4) = 8$ л

Молярный объем газа при нормальных условиях (н.у.): $V_m = 22,4$ л/моль

Найти:

Массовую долю выхода продукта (этилена) от теоретически возможного: $\eta$ - ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции внутримолекулярной дегидратации этанола, в результате которой образуется этилен:

$C_2H_5OH \xrightarrow{t>140^\circ C, H_2SO_4(конц.)} C_2H_4 \uparrow + H_2O$

2. Рассчитаем молярную массу этанола ($C_2H_5OH$), используя относительные атомные массы элементов из периодической таблицы: $Ar(C)=12$, $Ar(H)=1$, $Ar(O)=16$.

$M(C_2H_5OH) = 2 \cdot Ar(C) + 6 \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(O) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 + 16 = 46$ г/моль.

3. Найдем количество вещества этанола, вступившего в реакцию:

$n(C_2H_5OH) = \frac{m(C_2H_5OH)}{M(C_2H_5OH)} = \frac{23 \text{ г}}{46 \text{ г/моль}} = 0,5$ моль.

4. По уравнению реакции определим теоретическое количество вещества этилена. Соотношение молей этанола и этилена составляет 1:1.

$n_{теор.}(C_2H_4) = n(C_2H_5OH) = 0,5$ моль.

5. Рассчитаем теоретически возможный объем этилена ($V_{теор.}(C_2H_4)$) при нормальных условиях:

$V_{теор.}(C_2H_4) = n_{теор.}(C_2H_4) \cdot V_m = 0,5 \text{ моль} \cdot 22,4 \text{ л/моль} = 11,2$ л.

6. Рассчитаем практический выход продукта ($\eta$) как отношение практически полученного объема к теоретически возможному, выраженное в процентах:

$\eta = \frac{V_{практ.}(C_2H_4)}{V_{теор.}(C_2H_4)} \cdot 100\%$

$\eta = \frac{8 \text{ л}}{11,2 \text{ л}} \cdot 100\% \approx 71,43\%$

Ответ: выход этилена составляет 71,43 % от теоретически возможного.

13. Политетрафторэтилен (тефлон, фторопласт) устойчив к термическому воздействию и химическим реактивам. Он используется в химической промышленности, хирургии, стоматологии.

Приведите примеры использования политетрафторэтилена в быту. Напишите уравнение реакции его получения из тетрафторэтилена $CF_2=CF_2$.

Решение

Приведите примеры использования политетрафторэтилена в быту.
Политетрафторэтилен, также известный под торговыми марками тефлон и фторопласт-4, обладает уникальным набором свойств: высокой термостойкостью, химической инертностью, низким коэффициентом трения и антиадгезионными (противоприлипающими) свойствами. Благодаря этому он нашел широкое применение в быту:
1. Антипригарные покрытия: самое известное применение — это покрытие для кухонной посуды (сковород, кастрюль, противней, форм для выпечки), которое предотвращает прилипание пищи.
2. Бытовые приборы: покрытие для подошвы утюгов для улучшения скольжения и предотвращения прилипания к ткани.
3. Сантехника: в виде ленты ФУМ (фторопластовый уплотнительный материал) для герметизации резьбовых соединений в трубопроводах.
4. Одежда и обувь: в виде пористых мембран (например, Gore-Tex) для создания водонепроницаемых, но при этом "дышащих" тканей.
5. Смазочные материалы: используется в виде сухих смазок для уменьшения трения в различных механизмах (например, велосипедные цепи, замки).

Ответ: В быту политетрафторэтилен используется для создания антипригарных покрытий для посуды и утюгов, в качестве уплотнительной ленты в сантехнике, как компонент водоотталкивающих тканей и в виде смазочных материалов.

Напишите уравнение реакции его получения из тетрафторэтилена $CF_2=CF_2$.
Политетрафторэтилен является полимером. Его получают в результате реакции полимеризации, в ходе которой молекулы мономера (тетрафторэтилена) соединяются друг с другом в длинные цепи. Реакция протекает при разрыве двойной связи $C=C$ в каждой молекуле мономера. Процесс проходит при определенных условиях (температура, давление) и в присутствии катализатора.

Ответ: Уравнение реакции полимеризации тетрафторэтилена:
$n \space CF_2=CF_2 \xrightarrow{t, \space p, \space кат.} (-CF_2-CF_2-)_n$

1. К алкенам относится каждый из двух углеводородов, формулы которых

1) $C_2H_4$, $C_4H_8$
2) $CH_4$, $C_3H_6$
3) $C_3H_6$, $C_4H_{10}$
4) $C_5H_{10}$, $C_4H_6$

Решение

Алкены — это класс непредельных углеводородов, молекулы которых содержат одну двойную связь между атомами углерода. Общая формула гомологического ряда нециклических алкенов — $C_nH_{2n}$, где $n$ — это число атомов углерода ($n \ge 2$). Для решения задачи необходимо проверить каждую пару веществ на соответствие этой формуле.

1) C₂H₄, C₄H₈

Для C₂H₄ (этен): при $n=2$ число атомов водорода по формуле алкенов равно $2 \times 2 = 4$. Формула соответствует.
Для C₄H₈ (бутен): при $n=4$ число атомов водорода по формуле алкенов равно $2 \times 4 = 8$. Формула соответствует.
Оба углеводорода являются алкенами.

2) CH₄, C₃H₆

Для CH₄ (метан): при $n=1$ число атомов водорода $4$, что соответствует общей формуле алканов $C_nH_{2n+2}$ ($2 \times 1 + 2 = 4$). Метан не является алкеном.
Для C₃H₆ (пропен): формула соответствует общей формуле алкенов ($n=3$, $2 \times 3 = 6$).
Так как метан не является алкеном, эта пара не подходит.

3) C₃H₆, C₄H₁₀

Для C₃H₆ (пропен): формула соответствует общей формуле алкенов ($n=3$, $2 \times 3 = 6$).
Для C₄H₁₀ (бутан): при $n=4$ число атомов водорода $10$, что соответствует общей формуле алканов $C_nH_{2n+2}$ ($2 \times 4 + 2 = 10$). Бутан не является алкеном.
Так как бутан не является алкеном, эта пара не подходит.

4) C₅H₁₀, C₄H₆

Для C₅H₁₀ (пентен): формула соответствует общей формуле алкенов ($n=5$, $2 \times 5 = 10$).
Для C₄H₆ (бутин или бутадиен): при $n=4$ число атомов водорода $6$, что соответствует общей формуле алкинов или алкадиенов $C_nH_{2n-2}$ ($2 \times 4 - 2 = 6$). Это вещество не является алкеном.
Так как C₄H₆ не является алкеном, эта пара не подходит.

Таким образом, оба углеводорода являются алкенами только в первом варианте.

Ответ: 1