Страница 33 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

6. От этана ацетилен можно отличить с помощью

1) раствора перманганата калия

2) воды

3) гидроксида натрия

4) серной кислоты

Для того чтобы отличить этан от ацетилена, необходимо использовать реагент, который будет по-разному взаимодействовать с этими двумя веществами, приводя к наблюдаемому эффекту, такому как изменение цвета раствора или выпадение осадка.

Этан ($C_2H_6$) относится к классу алканов (предельных углеводородов). Молекула этана содержит только одинарные связи $C-C$ и $C-H$, которые являются прочными и химически малоактивными. Поэтому этан в обычных условиях не вступает в реакции присоединения и устойчив к действию большинства окислителей, кислот и щелочей.

Ацетилен ($C_2H_2$ или $HC \equiv CH$) относится к классу алкинов (непредельных углеводородов). Его отличительной особенностью является наличие тройной связи $C \equiv C$. Эта связь состоит из одной прочной $\sigma$-связи и двух менее прочных $\pi$-связей, что делает её центром высокой электронной плотности и обуславливает высокую реакционную способность ацетилена. Алкины легко вступают в реакции присоединения и окисления.

Проанализируем каждый из предложенных реагентов:

1) раствора перманганата калия
Раствор перманганата калия ($KMnO_4$) — сильный окислитель, имеющий интенсивную фиолетовую окраску. Это качественный реагент на непредельные углеводороды (реакция Вагнера). Ацетилен, как непредельное соединение, будет вступать с ним в реакцию окисления. При пропускании ацетилена через подкисленный или нейтральный раствор $KMnO_4$ произойдет его обесцвечивание, так как тройная связь будет окисляться. В нейтральной среде реакция идет с образованием бурого осадка диоксида марганца $MnO_2$ (визуальный признак):
$3C_2H_2 + 8KMnO_4 \rightarrow 3K_2C_2O_4 + 8MnO_2\downarrow + 2KOH + 2H_2O$
Этан, как предельный углеводород, с раствором перманганата калия в этих условиях не реагирует, и фиолетовая окраска раствора сохранится. Таким образом, с помощью этого реагента можно легко отличить ацетилен от этана.

2) воды
И этан, и ацетилен являются газами, плохо растворимыми в воде ($H_2O$). При обычных условиях они не реагируют с водой. Реакция гидратации ацетилена (реакция Кучерова) требует наличия катализатора (солей ртути(II)) и нагревания. Следовательно, вода не позволяет различить эти газы.

3) гидроксида натрия
Гидроксид натрия ($NaOH$) является основанием (щелочью). Этан не проявляет ни кислотных, ни основных свойств и не реагирует с $NaOH$. Ацетилен обладает очень слабыми кислотными свойствами (атомы водорода при тройной связи подвижны), но их недостаточно для реакции с водным раствором щелочи, такой как $NaOH$. Видимых изменений не произойдет.

4) серной кислоты
Этан инертен по отношению к серной кислоте ($H_2SO_4$) в обычных условиях. Ацетилен может реагировать с концентрированной серной кислотой (реакции полимеризации, сульфатирования), но эти процессы не дают быстрого и четкого визуального эффекта, подходящего для качественного анализа, в отличие от реакции с перманганатом калия.

Исходя из анализа, наиболее подходящим и наглядным способом отличить ацетилен от этана является использование раствора перманганата калия, так как он дает четкий визуальный результат (обесцвечивание раствора и/или выпадение осадка) только с ацетиленом.

Ответ: 1) раствора перманганата калия

7. Верны ли утверждения?

А. Алкадиены получают из алканов реакцией дегидрирования.

Б. Для алкадиенов характерны реакции замещения.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Для того чтобы определить верность представленных утверждений, необходимо проанализировать каждое из них с точки зрения химических свойств и способов получения алкадиенов.

А. Алкадиены получают из алканов реакцией дегидрирования.

Это утверждение является верным. Дегидрирование – это реакция отщепления водорода. Алкадиены являются непредельными углеводородами с общей формулой $C_nH_{2n-2}$, а алканы – предельными с формулой $C_nH_{2n+2}$. Для получения алкадиена из соответствующего алкана необходимо отщепить две молекулы водорода ($2H_2$). Этот процесс является одним из ключевых промышленных методов получения важнейших диенов, таких как бутадиен-1,3 (из бутана) и изопрен (из 2-метилбутана). Реакция протекает при высокой температуре в присутствии катализаторов (например, оксидов хрома и алюминия).

Пример реакции: получение бутадиена-1,3 из н-бутана.

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_3 \xrightarrow{t^\circ, \text{кат.}} CH_2=CH-CH=CH_2 + 2H_2$

Б. Для алкадиенов характерны реакции замещения.

Это утверждение неверно. Алкадиены, как и алкены, являются непредельными (ненасыщенными) соединениями, так как в их молекулах присутствуют двойные углерод-углеродные связи. Наличие $\pi$-связей, которые менее прочны, чем $\sigma$-связи, определяет их химическое поведение. Наиболее характерными для алкадиенов являются реакции присоединения по двойным связям (гидрирование, галогенирование, гидрогалогенирование) и полимеризация. Реакции замещения, в ходе которых атом водорода при насыщенном атоме углерода заменяется на другой атом или группу, не являются типичными для алкадиенов, в отличие от алканов.

Таким образом, утверждение А верно, а утверждение Б неверно. Следовательно, правильным является вариант ответа, в котором говорится, что верно только А.

Ответ: 1

8. Резину получают из каучука в процессе

1) полимеризации

2) вулканизации

3) изомеризации

4) гидрогенизации

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать каждый из предложенных химических процессов и определить, какой из них используется для превращения каучука в резину.

1) полимеризация
Полимеризация — это процесс соединения множества мелких молекул (мономеров) в длинные цепи (полимеры). Сам каучук уже является полимером (например, натуральный каучук — это полиизопрен). Его получают путем полимеризации мономеров. Таким образом, полимеризация — это способ получения каучука, а не превращения его в резину. Этот вариант ответа неверный.

2) вулканизация
Вулканизация — это процесс нагревания каучука с вулканизирующим агентом, чаще всего с серой. Во время этого процесса атомы серы образуют поперечные связи («мостики») между длинными молекулами каучука. В результате образуется единая трехмерная пространственная сетка. Эта структура придает материалу значительно большую прочность, эластичность, твердость и устойчивость к высоким и низким температурам по сравнению с сырым каучуком. Полученный в результате вулканизации материал и есть резина. Этот вариант ответа является правильным.

3) изомеризация
Изомеризация — это процесс, при котором структура молекулы изменяется, но ее атомный состав остается прежним, то есть образуется изомер исходного вещества. Этот процесс не используется для получения резины из каучука. Этот вариант ответа неверный.

4) гидрогенизация
Гидрогенизация — это реакция присоединения водорода, как правило, по двойным или тройным связям в молекуле. Хотя этот процесс может применяться для модификации некоторых видов каучуков с целью улучшения их свойств (например, термостойкости), он не является основным процессом получения резины. Этот вариант ответа неверный.

Таким образом, процесс превращения каучука в резину называется вулканизацией.

Ответ: 2.

9. В отличии от резины эбонит

1) неэластичен и содержит меньше серы

2) неэластичен и содержит больше серы

3) эластичен и не содержит серу

4) неэластичен и не содержит серу

Для ответа на этот вопрос необходимо сравнить состав и физические свойства резины и эбонита. Оба эти материала получают в результате процесса вулканизации каучука, который заключается в его нагревании с серой. Ключевое различие между резиной и эбонитом заключается в количестве используемой серы, что напрямую влияет на их физические свойства.

Решение

Резина — это эластичный материал, получаемый при вулканизации каучука с небольшим количеством серы (обычно 1–5% по массе). В результате образуется редкая сетка поперечных серных "мостиков" между длинными полимерными цепями каучука. Такая структура позволяет материалу сохранять гибкость и способность к значительным обратимым деформациям, то есть высокую эластичность.

Эбонит, также известный как твёрдая резина, — это продукт вулканизации каучука со значительно большим количеством серы (как правило, 30–50% по массе). Высокое содержание серы приводит к образованию очень плотной и жёсткой трёхмерной сетки из поперечных связей. Эта структура сильно ограничивает подвижность макромолекул, в результате чего эбонит становится твёрдым, прочным, но хрупким и неэластичным материалом.

Таким образом, сравнивая эбонит с резиной, можно сделать два вывода:
1. Эбонит содержит значительно больше серы.
2. Эбонит, в отличие от резины, неэластичен.

Эти два свойства соответствуют варианту ответа под номером 2.

Ответ: 2

10. Для ацетилена верны следующие утверждения:

1) относится к непредельным углеводородам

2) растворим в воде

3) основной компонент природного газа

4) обесцвечивает бромную воду

5) не горит

1) относится к непредельным углеводородам

Ацетилен (этин) имеет химическую формулу $C_2H_2$ и структурную формулу $H-C \equiv C-H$. В его молекуле присутствует тройная ковалентная связь между атомами углерода. Углеводороды, содержащие в своих молекулах кратные связи (двойные или тройные) между атомами углерода, называются непредельными. Следовательно, ацетилен относится к классу непредельных углеводородов (алкинов). Данное утверждение является верным.

Ответ: Утверждение верно.

2) растворим в воде

Молекула ацетилена $C_2H_2$ является неполярной, в то время как вода $H_2O$ - полярный растворитель. В соответствии с правилом «подобное растворяется в подобном», неполярные вещества обычно плохо растворяются в полярных. Ацетилен малорастворим в воде: при 20°C и атмосферном давлении в 1 объеме воды растворяется примерно 1 объем ацетилена (около 1,2 г/л). В химии такую растворимость обычно характеризуют как «малорастворим» или «слабо растворим», а не «растворим». Поэтому данное утверждение считается неверным.

Ответ: Утверждение неверно.

3) основной компонент природного газа

Основным компонентом природного газа является метан ($CH_4$), его содержание обычно составляет 70–90%. Также в состав природного газа входят другие алканы: этан, пропан, бутан. Ацетилен в значительных количествах в природном газе не содержится. Его получают в промышленности, например, пиролизом метана или из карбида кальция. Следовательно, утверждение неверно.

Ответ: Утверждение неверно.

4) обесцвечивает бромную воду

Обесцвечивание бромной воды (раствора брома $Br_2$ в воде) — это качественная реакция на непредельные углеводороды. Тройная связь в молекуле ацетилена способна вступать в реакции присоединения. При пропускании ацетилена через бромную воду происходит присоединение брома по месту разрыва кратной связи. Реакция протекает в две стадии:
1. Присоединение одной молекулы брома: $HC \equiv CH + Br_2 \rightarrow CHBr=CHBr$ (1,2-дибромэтен).
2. Присоединение второй молекулы брома: $CHBr=CHBr + Br_2 \rightarrow CHBr_2-CHBr_2$ (1,1,2,2-тетрабромэтан).
В результате реакции бром ($Br_2$), который придает раствору характерный красно-бурый цвет, расходуется, и раствор обесцвечивается. Следовательно, данное утверждение верно.

Ответ: Утверждение верно.

5) не горит

Ацетилен — это горючий газ. Он горит в кислороде или на воздухе с выделением большого количества тепла, что используется, например, в ацетиленовых горелках для сварки и резки металлов. Реакция полного сгорания ацетилена выглядит следующим образом: $2C_2H_2 + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 2H_2O$. Утверждение, что ацетилен не горит, является ложным.

Ответ: Утверждение неверно.