Страница 35 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. Изомером бутина-2 является

1) бутан

2) пентин-2

3) бутадиен-1,3

4) пропин

Решение:

Изомеры — это вещества, которые имеют одинаковый качественный и количественный состав (то есть одинаковую молекулярную формулу), но разное строение. Чтобы найти изомер бутина-2, необходимо сначала определить его молекулярную формулу, а затем сравнить её с молекулярными формулами предложенных соединений.

Бутин-2 относится к классу алкинов. Корень "бут-" означает, что в молекуле 4 атома углерода. Суффикс "-ин" указывает на наличие тройной связи. Общая формула для алкинов — $C_nH_{2n-2}$. Для бутина-2, где $n=4$, молекулярная формула будет: $C_4H_{2 \cdot 4 - 2} = C_4H_6$.

Теперь проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) бутан

Бутан — это алкан, содержащий 4 атома углерода. Общая формула алканов — $C_nH_{2n+2}$. Для бутана ($n=4$) молекулярная формула: $C_4H_{2 \cdot 4 + 2} = C_4H_{10}$.

Молекулярная формула $C_4H_{10}$ не совпадает с формулой бутина-2 ($C_4H_6$), поэтому бутан не является его изомером.

2) пентин-2

Пентин-2 — это алкин, содержащий 5 атомов углерода ("пент-"). Уже на этом этапе видно, что число атомов углерода (5) отличается от бутина-2 (4), следовательно, они не могут быть изомерами. Его молекулярная формула — $C_5H_{2 \cdot 5 - 2} = C_5H_8$.

3) бутадиен-1,3

Бутадиен-1,3 — это алкадиен (углеводород с двумя двойными связями), содержащий 4 атома углерода ("бута-"). Общая формула алкадиенов такая же, как и у алкинов: $C_nH_{2n-2}$. Для бутадиена-1,3 ($n=4$) молекулярная формула: $C_4H_{2 \cdot 4 - 2} = C_4H_6$.

Эта молекулярная формула совпадает с формулой бутина-2 ($C_4H_6$). Следовательно, бутадиен-1,3 является изомером бутина-2 (в данном случае это межклассовый изомер).

4) пропин

Пропин — это алкин, содержащий 3 атома углерода ("проп-"). Число атомов углерода (3) отличается от бутина-2 (4), поэтому они не являются изомерами. Его молекулярная формула — $C_3H_{2 \cdot 3 - 2} = C_3H_4$.

Ответ: 3) бутадиен-1,3

3. При полимеризации алкадиенов с сопряжёнными связями образуются

1) каучуки

2) алканы

3) спирты

4) алкены

Решение

Вопрос касается продукта, который образуется в результате реакции полимеризации алкадиенов с сопряженными связями.

Алкадиены с сопряженными связями — это углеводороды, в молекулах которых две двойные связи разделены одной одинарной связью (система C=C-C=C). Классическими примерами таких соединений являются бутадиен-1,3 (дивинил) и 2-метилбутадиен-1,3 (изопрен).

Полимеризация этих соединений является основным промышленным способом получения синтетических каучуков. Реакция протекает по механизму цепного присоединения, преимущественно как 1,4-присоединение. В ходе этого процесса $\pi$-связи в положениях 1,2 и 3,4 разрываются, и образуется новая двойная связь между атомами углерода в положениях 2 и 3. Крайние атомы углерода (в положениях 1 и 4) образуют связи с соседними мономерными звеньями, формируя длинную полимерную цепь.

Схему реакции полимеризации бутадиена-1,3 можно представить следующим образом:

$n(\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2) \xrightarrow{\text{катализатор, t}} -(-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_2-)_n-$

Полученный полимер, полибутадиен, является высокомолекулярным соединением, обладающим эластичностью, то есть является каучуком. Аналогично, при полимеризации изопрена получают полиизопреновый каучук, который по строению является синтетическим аналогом натурального каучука.

Проанализируем предложенные варианты ответа:

• 1) каучуки: Это верный ответ. Полимеры, получаемые из сопряженных диенов, являются синтетическими каучуками.
• 2) алканы: Неверно. Алканы – это насыщенные углеводороды, не имеющие кратных связей. В полимерной цепи каучука сохраняются двойные связи.
• 3) спирты: Неверно. Спирты содержат гидроксильные группы (-OH). В исходных алкадиенах отсутствуют атомы кислорода, поэтому спирты не могут образоваться в результате их полимеризации.
• 4) алкены: Неверно. Алкены – это класс низкомолекулярных соединений с одной двойной связью. Процесс полимеризации приводит к образованию высокомолекулярных соединений (полимеров), а не простых алкенов.

Таким образом, при полимеризации алкадиенов с сопряжёнными связями образуются каучуки.

Ответ: 1) каучуки.

4. В результате присоединения 1 моль хлора к молекуле ацетилена образуется

1) хлорэтен

2) 1,2-дихлорэтен

2) 1,2-дихлорэтан

3) хлорэтан

Решение

Ацетилен (этин) — это ненасыщенный углеводород из класса алкинов с химической формулой $C_2H_2$. Его структурная формула $H-C \equiv C-H$ показывает наличие тройной связи между атомами углерода. Для алкинов характерны реакции электрофильного присоединения, которые протекают по месту разрыва кратных связей (одной или двух $\pi$-связей).

Взаимодействие ацетилена с хлором ($Cl_2$) при молярном соотношении реагентов 1:1, как указано в условии, приводит к разрыву одной из двух $\pi$-связей в молекуле ацетилена. К каждому атому углерода, которые были соединены тройной связью, присоединяется по одному атому хлора.

Уравнение реакции в общем виде:

$C_2H_2 + Cl_2 \rightarrow C_2H_2Cl_2$

Более подробно, с использованием структурных формул, реакция выглядит так:

$H-C \equiv C-H + Cl_2 \rightarrow Cl-CH=CH-Cl$

В результате реакции тройная связь $C \equiv C$ превращается в двойную $C=C$. Образовавшееся вещество содержит два атома углерода, соединенных двойной связью (основа "этен"), и два атома хлора у первого и второго атомов углерода. Систематическое название этого соединения — 1,2-дихлорэтен.

Сравнивая полученный результат с предложенными вариантами, мы видим, что правильным является ответ "1,2-дихлорэтен".

Ответ: 2) 1,2-дихлорэтен

5. Ацетилен не взаимодействует

1) с кислородом

2) с бромом

3) с хлороводородом

4) с метаном

Чтобы определить, с каким из перечисленных веществ ацетилен не взаимодействует, необходимо рассмотреть химические свойства ацетилена и каждого из предложенных реагентов.

Ацетилен ($C_2H_2$) — это ненасыщенный углеводород из класса алкинов, имеющий в своей структуре тройную связь $C \equiv C$. Для него характерны реакции присоединения по тройной связи, реакции окисления (включая горение) и реакции замещения атомов водорода при тройной связи (кислотные свойства).

Решение

Рассмотрим взаимодействие ацетилена с каждым из предложенных веществ.

1) с кислородом

Ацетилен, как и все углеводороды, является горючим веществом и активно реагирует с кислородом ($O_2$) в реакции горения. В зависимости от соотношения реагентов горение может быть полным (с образованием углекислого газа и воды) или неполным (с образованием угарного газа или углерода). Реакция полного горения:

$2C_2H_2 + 5O_2 \rightarrow 4CO_2 + 2H_2O$

Данная реакция протекает очень бурно с выделением большого количества тепла, что используется при газовой сварке. Следовательно, ацетилен взаимодействует с кислородом.

2) с бромом

Наличие тройной связи в молекуле ацетилена обуславливает его способность вступать в реакции электрофильного присоединения. Реакция с галогенами, в частности с бромом ($Br_2$), является типичной для ненасыщенных соединений и служит качественной реакцией на кратную связь (происходит обесцвечивание бромной воды). Реакция может протекать ступенчато:

$HC \equiv CH + Br_2 \rightarrow CHBr=CHBr$ (1,2-дибромэтен)

$CHBr=CHBr + Br_2 \rightarrow CHBr_2-CHBr_2$ (1,1,2,2-тетрабромэтан)

Следовательно, ацетилен взаимодействует с бромом.

3) с хлороводородом

Ацетилен также вступает в реакцию присоединения с галогеноводородами, например, с хлороводородом ($HCl$). Эта реакция (гидрогалогенирование) имеет большое промышленное значение, так как является способом получения винилхлорида — мономера для производства поливинилхлорида (ПВХ).

$HC \equiv CH + HCl \xrightarrow{HgCl_2} CH_2=CHCl$

Следовательно, ацетилен взаимодействует с хлороводородом.

4) с метаном

Метан ($CH_4$) — это предельный (насыщенный) углеводород, представитель класса алканов. Алканы характеризуются низкой реакционной способностью из-за прочности одинарных связей $C-C$ и $C-H$ и отсутствия кратных связей или функциональных групп. Они не вступают в реакции присоединения. Взаимодействие между ацетиленом (алкином) и метаном (алканом) в обычных условиях не происходит.

Следовательно, ацетилен не взаимодействует с метаном.

Таким образом, проанализировав все варианты, мы приходим к выводу, что ацетилен не вступает в реакцию с метаном.

Ответ: 4

6. Не обесцвечивает раствор перманганата калия

1) этилен

2) бутан

3) ацетилен

4) бутадиен-1,3

Решение

Вопрос заключается в том, какое из предложенных веществ не будет вступать в реакцию окисления с раствором перманганата калия ($KMnO_4$), то есть не будет его обесцвечивать. Реакция с водным раствором перманганата калия (реакция Вагнера) является качественной пробой на наличие в молекуле органического вещества ненасыщенных (кратных) углерод-углеродных связей. Вещества, содержащие двойные ($C=C$) или тройные ($C \equiv C$) связи, легко окисляются перманганатом калия, в результате чего его фиолетовая окраска исчезает. Предельные углеводороды (алканы), в молекулах которых все связи одинарные, устойчивы к действию этого окислителя в обычных условиях и не обесцвечивают его раствор.

Проанализируем каждый из предложенных вариантов:

1) этилен
Этилен, с химической формулой $C_2H_4$ и структурной формулой $CH_2=CH_2$, относится к классу алкенов. Наличие двойной связи делает его химически активным в реакциях окисления. Он вступает в реакцию с перманганатом калия, окисляясь до двухатомного спирта — этиленгликоля, и обесцвечивает раствор. Следовательно, этот вариант не является правильным ответом.

2) бутан
Бутан, с химической формулой $C_4H_{10}$ и структурной формулой $CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$, является алканом. Это насыщенный углеводород, в его молекуле отсутствуют кратные связи. Алканы не реагируют с водным раствором перманганата калия в обычных условиях. Таким образом, бутан не обесцвечивает раствор $KMnO_4$.

3) ацетилен
Ацетилен, с химической формулой $C_2H_2$ и структурной формулой $HC \equiv CH$, относится к классу алкинов. Наличие тройной связи обуславливает его способность легко окисляться, в том числе и раствором перманганата калия. Реакция протекает с обесцвечиванием раствора. Следовательно, этот вариант не является правильным ответом.

4) бутадиен-1,3
Бутадиен-1,3, с химической формулой $C_4H_6$ и структурной формулой $CH_2=CH-CH=CH_2$, является диеновым углеводородом. Он содержит две двойные связи и, подобно алкенам, легко окисляется перманганатом калия, что приводит к обесцвечиванию раствора. Следовательно, этот вариант также не является правильным ответом.

Вывод: единственное вещество из перечисленных, которое не обесцвечивает раствор перманганата калия, — это бутан, поскольку он является предельным углеводородом.

Ответ: 2

7. Верны ли утверждения?

А. Бутадиен-1,3 — мономер для получения первого синтетического каучука.

Б. Природный каучук можно рассматривать как продукт полимеризации изопрена.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

А. Утверждение верно. Первый в мире синтетический каучук, пригодный для промышленного производства, был получен в СССР в 1932 году по методу, разработанному академиком С.В. Лебедевым. В качестве исходного мономера для синтеза этого каучука использовался бутадиен-1,3 (дивинил). Процесс заключается в полимеризации бутадиена-1,3 с образованием полибутадиенового каучука. Схематически реакцию можно записать так: $n \text{ CH}_2=\text{CH}-\text{CH}=\text{CH}_2 \rightarrow (-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}-\text{CH}_2-)_n$

Б. Утверждение верно. Природный, или натуральный, каучук представляет собой природный полимер, который получают из млечного сока (латекса) каучуконосных растений, например, гевеи. С химической точки зрения, он является продуктом полимеризации изопрена (2-метилбутадиена-1,3). Макромолекулы природного каучука состоят из звеньев изопрена, соединенных преимущественно в цис-1,4-положении. Уравнение реакции полимеризации: $n \text{ CH}_2=\text{C}(\text{CH}_3)-\text{CH}=\text{CH}_2 \rightarrow (-\text{CH}_2-\text{C}(\text{CH}_3)=\text{CH}-\text{CH}_2-)_n$

Поскольку оба утверждения (А и Б) верны, правильным является вариант ответа, который утверждает, что верны оба утверждения. Ответ: 3

8. Вулканизация каучука осуществляется при

1) нагревании каучука с сажей

2) длительном нагревании каучука

3) нагревании каучука с серой

4) разложении каучука

Вулканизация — это технологический процесс превращения сырого каучука в резину. В ходе этого процесса каучук приобретает важные эксплуатационные свойства: эластичность, прочность, твёрдость, стойкость к изменениям температуры и действию химических реагентов.

Сырой каучук состоит из длинных, гибких, но не связанных друг с другом макромолекул полимера (например, полиизопрена). Из-за этого он обладает низкой прочностью, липкостью и пластичностью. Цель вулканизации — "сшить" эти отдельные макромолекулы в единую трёхмерную пространственную сетку с помощью поперечных химических связей. Это придаёт материалу упругость: после деформации он стремится вернуться в исходную форму.

Классическим и наиболее распространённым методом является серная вулканизация, открытая Чарльзом Гудьиром в 1839 году. Процесс заключается в нагревании каучука со смешанной с ним серой. При высокой температуре (около 130–160 °C) атомы серы присоединяются к полимерным цепям каучука по месту двойных связей и образуют между ними так называемые "сульфидные мостики". Эти мостики и создают ту самую трёхмерную сетку, которая определяет свойства резины.

Проанализируем предложенные варианты ответа:

1) Нагревание каучука с сажей. Неверно. Сажа (технический углерод) является активным наполнителем, который значительно улучшает прочность и износостойкость резины, но она не является вулканизирующим агентом, то есть не образует поперечных связей.

2) Длительное нагревание каучука. Неверно. Нагревание каучука без вулканизирующего агента приведёт к его термической деструкции (разрушению), а не к улучшению свойств.

3) Нагревание каучука с серой. Верно. Это классическое определение процесса вулканизации.

4) Разложение каучука. Неверно. Разложение — это процесс разрушения структуры полимера, что является противоположностью вулканизации.

Ответ: 3

9. Основная область применения натурального каучука — произ-

водство

1) шин

2) обуви

3) резинотехнических изделий

4) природных красителей

Вопрос касается основной сферы использования натурального каучука. Натуральный каучук — это эластомер, получаемый из латекса (млечного сока) каучуковых деревьев, в первую очередь гевеи бразильской. После процесса вулканизации (обработки серой) он приобретает высокую прочность, эластичность, износостойкость и устойчивость к различным воздействиям, что определяет его широкое применение в промышленности.

Проанализируем предложенные варианты:

• 1) шин: Производство шин для автомобилей, грузовиков, самолетов и другой техники является самой крупной областью применения натурального каучука. По различным оценкам, на шинную промышленность приходится от 60% до 75% всего мирового потребления натурального каучука. Уникальные свойства, такие как высокое сопротивление раздиру, эластичность и низкое тепловыделение при многократных деформациях, делают его незаменимым, особенно в производстве шин для тяжелой техники.
• 2) обуви: Каучук используется для производства подошв и некоторых видов водонепроницаемой обуви. Хотя это важный сектор, его объемы потребления значительно меньше, чем в шинной промышленности.
• 3) резинотехнических изделий: Эта категория очень широка и включает в себя множество продуктов, таких как уплотнители, амортизаторы, конвейерные ленты, шланги, медицинские изделия (например, перчатки) и т.д. В совокупности это большой рынок, однако производство шин выделяется как отдельная и самая большая категория потребления.
• 4) природных красителей: Этот вариант является неверным. Натуральный каучук — это полимер (полиизопрен), а не пигмент или краситель.

Исходя из анализа, доминирующей областью применения натурального каучука является производство шин.

Ответ: 1