Страница 30 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. Изомером пентена-2 не является

1) пентен-1

2) бутен-2

3) 2-метилбутен-1

4) циклопентан

Решение

Изомеры — это вещества, которые имеют одинаковую молекулярную формулу (одинаковый качественный и количественный состав), но разное химическое строение и, как следствие, разные свойства.

Чтобы найти соединение, которое не является изомером пентена-2, сначала определим молекулярную формулу самого пентена-2. Пентен — это алкен, общая формула для этого класса соединений $C_nH_{2n}$. Корень "пент-" означает, что в молекуле 5 атомов углерода ($n=5$). Таким образом, молекулярная формула пентена-2 — $C_5H_{10}$.

Теперь последовательно проанализируем каждое предложенное соединение.

1) пентен-1

Это алкен, содержащий 5 атомов углерода ($n=5$). Его молекулярная формула, как и у всех пентенов, — $C_5H_{10}$. Пентен-1 отличается от пентена-2 только положением двойной связи в углеродной цепи, поэтому он является его структурным изомером.

2) бутен-2

Это алкен, содержащий 4 атома углерода ("бут-", $n=4$). Его молекулярная формула согласно общей формуле алкенов $C_nH_{2n}$ будет $C_4H_8$. Поскольку молекулярная формула бутена-2 ($C_4H_8$) отличается от формулы пентена-2 ($C_5H_{10}$), это соединение не является его изомером. Эти вещества относятся к одному гомологическому ряду, но не являются изомерами.

3) 2-метилбутен-1

Это алкен с разветвленной цепью. Основная цепь состоит из 4 атомов углерода ("бутен"), и к ней присоединена одна метильная группа ($-CH_3$). Общее число атомов углерода в молекуле: $4 + 1 = 5$. Следовательно, его молекулярная формула также $C_5H_{10}$. 2-метилбутен-1 является структурным изомером пентена-2 (изомер углеродного скелета).

4) циклопентан

Это циклический углеводород, относящийся к классу циклоалканов. Общая формула циклоалканов также $C_nH_{2n}$. Для циклопентана $n=5$, поэтому его молекулярная формула — $C_5H_{10}$. Циклопентан имеет одинаковую молекулярную формулу с пентеном-2, но относится к другому классу соединений, поэтому является его межклассовым изомером.

Таким образом, единственное соединение из списка, имеющее отличный от пентена-2 качественный и количественный состав (другую молекулярную формулу), это бутен-2.

Ответ: 2) бутен-2

3. Гомологами являются

1) бутен-1 и бутен-2

2) этен и этан

3) пентен-1 и гексен-1

4) бутан и пропен

Гомологи — это вещества, которые принадлежат к одному и тому же гомологическому ряду, то есть имеют сходное химическое строение и свойства, но отличаются друг от друга по составу на одну или несколько групп $-CH_2-$ (гомологическую разность). Для всех членов одного гомологического ряда характерна единая общая формула.

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 одинаковый качественный и количественный состав, выраженный одной молекулярной формулой $C_4H_8$. Однако у них разный порядок соединения атомов (разное положение двойной связи). Вещества с одинаковой молекулярной формулой, но разным строением, называются изомерами. Гомологи же должны отличаться по составу.
Ответ: не являются гомологами.

2) этен и этан
Этен ($CH_2=CH_2$, формула $C_2H_4$) относится к классу алкенов (общая формула $C_nH_{2n}$). Этан ($CH_3-CH_3$, формула $C_2H_6$) относится к классу алканов (общая формула $C_nH_{2n+2}$). Поскольку эти вещества принадлежат к разным классам органических соединений и имеют разные общие формулы, они не могут быть гомологами.
Ответ: не являются гомологами.

3) пентен-1 и гексен-1
Пентен-1 ($CH_2=CH-CH_2-CH_2-CH_3$, формула $C_5H_{10}$) и гексен-1 ($CH_2=CH-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$, формула $C_6H_{12}$) оба относятся к гомологическому ряду алкенов с общей формулой $C_nH_{2n}$. Они имеют сходное строение (неразветвленная цепь, двойная связь у первого атома углерода) и отличаются по составу ровно на одну группу $-CH_2-$. Следовательно, они являются гомологами.
Ответ: 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, имеют разные общие формулы и, соответственно, разные химические свойства. Поэтому они не являются гомологами.
Ответ: не являются гомологами.

4. Геометрическими изомерами являются вещества, формулы которых

1) $\ce{CH3CH2}\atop{\ce{H}}\ce{C}\bond{=}\ce{C}\ce{H}\atop{\ce{CH2CH3}}$ и $\ce{CH3}\atop{\ce{H}}\ce{C}\bond{=}\ce{C}\ce{H}\atop{\ce{CH2CH3}}$

2) $\ce{H}\atop{\ce{H3C}}\ce{C}\bond{=}\ce{C}\ce{H}\atop{\ce{H}}$ и $\ce{H3C}\atop{\ce{H}}\ce{C}\bond{=}\ce{C}\ce{CH3}\atop{\ce{H}}$

3) $\ce{H}\atop{\ce{H3C}}\ce{C}\bond{=}\ce{C}\ce{CH3}\atop{\ce{H}}$ и $\ce{H3C}\atop{\ce{H3C}}\ce{C}\bond{=}\ce{C}\ce{H}\atop{\ce{H}}$

4) $\ce{CH2CH2}\atop{\ce{H3C}}\ce{C}\bond{-}\ce{C}\atop{\ce{CH3}}$ и $\ce{H3C}\atop{\ce{H}}\ce{C}\bond{-}\ce{C}\ce{CH2CH2}\atop{\ce{CH3}}$

Геометрическими (или цис-транс) изомерами называют вещества, которые имеют одинаковый качественный и количественный состав (одну и ту же молекулярную формулу) и одинаковый порядок соединения атомов (структурную формулу), но различаются пространственным расположением заместителей относительно плоскости двойной связи или цикла. Для существования геометрических изомеров у алкенов необходимо, чтобы у каждого атома углерода при двойной связи находились два различных заместителя. Проанализируем предложенные варианты.

1)

В этой паре представлены две молекулы с одинаковой молекулярной формулой $C_6H_{12}$ и одинаковой структурной формулой $CH_3-CH_2-CH=CH-CH_2-CH_3$ (гексен-3). У каждого атома углерода при двойной связи находятся разные заместители: атом водорода ($-H$) и этильная группа ($-C_2H_5$). В первой молекуле (цис-гексен-3) одинаковые заместители расположены по одну сторону от плоскости двойной связи, а во второй (транс-гексен-3) – по разные. Следовательно, эти вещества являются геометрическими изомерами.

Ответ: вещества являются геометрическими изомерами.

2)

В этой паре представлены вещества с разными молекулярными формулами: пропен ($C_3H_6$) и бутен-2 ($C_4H_8$). Вещества, имеющие разный состав, не могут быть изомерами. Они являются представителями одного гомологического ряда – алкенов.

Ответ: вещества не являются изомерами.

3)

В этой паре представлены вещества с одинаковой молекулярной формулой $C_4H_8$. Первое вещество – транс-бутен-2 ($CH_3-CH=CH-CH_3$), второе – 2-метилпропен ($CH_2=C(CH_3)_2$). Они имеют разное строение углеродного скелета (одно вещество имеет неразветвленную цепь, а другое – разветвленную), поэтому являются структурными изомерами, а не геометрическими. Кроме того, 2-метилпропен не имеет геометрических изомеров, так как у одного из атомов углерода при двойной связи находятся два одинаковых заместителя (две группы $-CH_3$).

Ответ: вещества являются структурными изомерами, но не геометрическими.

4)

В этой паре представлены молекулы н-бутана ($CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$), который является алканом. В алканах отсутствуют двойные связи, а вращение вокруг одинарных $C-C$ связей свободное, поэтому для них геометрическая изомерия невозможна. Представленные структуры являются различными конформациями одной и той же молекулы.

Ответ: вещества не являются геометрическими изомерами.

5. При взаимодействии этилена с кислородом образуются

1) оксид углерода(IV) и водород

2) оксид углерода(II) и вода

3) оксид углерода(IV) и вода

4) углерод и вода

Этилен (этен) — это углеводород, относящийся к классу алкенов, с химической формулой $C_2H_4$. Взаимодействие этилена с кислородом представляет собой реакцию горения (окисления).

Горение углеводородов может быть полным или неполным, что зависит от количества кислорода. При полном сгорании (в избытке кислорода) продуктами реакции всегда являются оксид углерода(IV) (углекислый газ, $CO_2$) и вода ($H_2O$).

Уравнение реакции полного сгорания этилена выглядит следующим образом:

$C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$

Таким образом, продуктами полного сгорания этилена являются оксид углерода(IV) и вода.

Неполное сгорание происходит при недостатке кислорода, и в этом случае могут образовываться оксид углерода(II) (угарный газ, $CO$) и вода, или даже углерод (сажа, $C$) и вода. Поскольку в условии задачи не указано, что реакция проходит в условиях недостатка кислорода, по умолчанию следует рассматривать реакцию полного сгорания.

Анализируя предложенные варианты, мы видим, что вариант 3) "оксид углерода(IV) и вода" точно соответствует продуктам полного сгорания этилена.

Ответ: 3

6. Алкены не взаимодействуют

1) с водой

2) с хлором

3) с кислородом

4) с углеродом

Решение:

Алкены — это класс ненасыщенных углеводородов, содержащих одну двойную связь углерод-углерод ($C=C$). Наличие этой двойной связи (состоящей из одной прочной $\sigma$-связи и одной менее прочной $\pi$-связи) определяет их высокую химическую активность. Для алкенов характерны реакции присоединения по месту разрыва $\pi$-связи. Проанализируем предложенные варианты:

1) с водой: Алкены вступают в реакцию гидратации (присоединения воды) в присутствии сильных кислот в качестве катализаторов (например, $H_2SO_4$ или $H_3PO_4$). В результате реакции образуются спирты. Например, гидратация этена приводит к образованию этанола:
$CH_2=CH_2 + H_2O \xrightarrow{H^+} CH_3-CH_2-OH$
Следовательно, алкены взаимодействуют с водой.

2) с хлором: Алкены легко вступают в реакцию с галогенами (например, с хлором $Cl_2$ или бромом $Br_2$). Это реакция присоединения (галогенирования), которая протекает с разрывом двойной связи. Например, реакция этена с хлором:
$CH_2=CH_2 + Cl_2 \rightarrow CH_2Cl-CH_2Cl$ (1,2-дихлорэтан)
Следовательно, алкены взаимодействуют с хлором.

3) с кислородом: Алкены, как и все углеводороды, горят на воздухе (взаимодействуют с кислородом) с образованием углекислого газа и воды (реакция полного окисления или горения):
$C_nH_{2n} + \frac{3n}{2}O_2 \rightarrow nCO_2 + nH_2O$
Также для алкенов характерны реакции мягкого окисления (например, реакция Вагнера с раствором перманганата калия), в которых также участвует кислород окислителя. Следовательно, алкены взаимодействуют с кислородом.

4) с углеродом: Алкены, являясь углеводородами, сами состоят из углерода и водорода. Они не вступают в реакции с элементарным углеродом в обычных условиях. Углерод — химически довольно инертное простое вещество, и для его реакции с углеводородами потребовались бы экстремальные условия (очень высокие температуры), которые привели бы к разложению исходных веществ, а не к типичной химической реакции с образованием определенного продукта. В рамках школьного и базового университетского курса химии считается, что углеводороды не реагируют с углеродом.

Таким образом, алкнаы не взаимодействуют с углеродом.

Ответ: 4) с углеродом.

7. Непредельные углеводороды можно отличить от предельных с помощью

1) раствора перманганата калия

2) тлеющей лучины

3) раствора гидроксида натрия

4) индикатора

Для того чтобы различить предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщенные) углеводороды, необходимо использовать качественную реакцию, которая позволяет обнаружить наличие кратных связей (двойных C=C или тройных C≡C) в молекулах непредельных углеводородов. Предельные углеводороды (алканы) содержат только одинарные связи C-C и C-H.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) раствора перманганата калия

Непредельные углеводороды (алкены, алкины) вступают в реакцию с водным раствором перманганата калия ($KMnO_4$), известную как реакция Вагнера. Эта реакция является качественной на кратную связь. При пропускании непредельного углеводорода через фиолетовый раствор $KMnO_4$ происходит его обесцвечивание и образование бурого осадка диоксида марганца ($MnO_2$).
Например, реакция этилена (алкен):
$3CH_2=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3HO-CH_2-CH_2-OH + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$
Предельные углеводороды (алканы) устойчивы к действию слабых окислителей, и в обычных условиях с раствором перманганата калия не реагируют. Цвет раствора не изменится.
Следовательно, этот метод позволяет надежно отличить непредельные углеводороды от предельных.

2) тлеющей лучины

Тлеющая лучина используется для обнаружения кислорода (лучина вспыхивает) или для проверки горючести газов. И предельные, и непредельные углеводороды являются горючими веществами. С помощью тлеющей лучины можно их поджечь, но различить классы соединений таким способом нельзя.

3) раствора гидроксида натрия

Раствор гидроксида натрия ($NaOH$) — это щелочь. Углеводороды не обладают кислотными или основными свойствами, достаточными для реакции с водным раствором щелочи. Поэтому видимых изменений при контакте как предельных, так и непредельных углеводородов с раствором $NaOH$ не произойдет. Этот реагент не подходит для их различения.

4) индикатора

Индикаторы — это вещества, которые меняют свой цвет в зависимости от кислотности (pH) среды. Углеводороды являются неполярными или слабополярными органическими соединениями, которые не диссоциируют в воде и не изменяют ее pH. Поэтому использование индикаторов бессмысленно для их различения.

Таким образом, единственным верным способом из предложенных является использование раствора перманганата калия.

Ответ: 1