Страница 5 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

6. Верны ли утверждения о химическом строении и свойствах органических веществ?

А. Химическое строение показывает пространственное расположение атомов в молекулах соединения.

Б. Взаимное влияние атомов обусловливает химические свойства соединений.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Проанализируем каждое утверждение с точки зрения основных положений теории химического строения органических веществ, разработанной А.М. Бутлеровым.

А. Химическое строение показывает пространственное расположение атомов в молекулах соединения.

Данное утверждение является неверным. Согласно теории Бутлерова, под химическим строением понимается последовательность, в которой атомы связаны друг с другом в молекуле. Химическое строение отражается в структурных формулах. Пространственное расположение атомов, то есть геометрия молекулы в трёхмерном пространстве, описывается понятием "пространственное строение". Хотя химическое строение определяет пространственное, эти понятия не тождественны. Например, структурная формула метана показывает, что один атом углерода связан с четырьмя атомами водорода, но не показывает тетраэдрическую форму молекулы. Таким образом, утверждение А неверно.

Б. Взаимное влияние атомов обусловливает химические свойства соединений.

Данное утверждение является верным и представляет собой одно из важнейших положений теории химического строения. Атомы и группы атомов в молекуле действительно оказывают взаимное влияние, что сказывается на распределении электронной плотности, прочности связей и, как следствие, на химических свойствах всего соединения. Например, в молекуле фенола гидроксильная группа $(–OH)$ и бензольное кольцо $(–C_6H_5)$ взаимно влияют друг на друга, что делает водород в гидроксильной группе более кислотным, чем в спиртах, а бензольное кольцо — более активным в реакциях замещения. Следовательно, утверждение Б верно.

Таким образом, из двух предложенных утверждений верным является только утверждение Б.

Ответ: 2) верно только Б

7. Изомерия — это явление, которое заключается в существовании нескольких веществ, имеющих

1) одинаковый качественный, но разный количественный состав

2) одинаковый качественный и количественный состав, но разное строение

3) одинаковое строение, но разный состав

4) разное строение и разный состав

Решение

Изомерия — это явление существования химических соединений, называемых изомерами, которые имеют одинаковый качественный и количественный состав, но разное строение. Одинаковый качественный и количественный состав означает, что изомеры имеют одну и ту же молекулярную формулу. Разное строение подразумевает различный порядок соединения атомов в молекуле (структурная изомерия) или их различное пространственное расположение (пространственная изомерия или стереоизомерия). Вследствие различий в строении изомеры обладают разными физическими и химическими свойствами.

Проанализируем предложенные варианты:

1) одинаковый качественный, но разный количественный состав
Этот вариант описывает гомологи (например, метан $CH_4$ и этан $C_2H_6$) или аллотропные модификации (например, кислород $O_2$ и озон $O_3$). У них одинаковый набор элементов, но разное число атомов в молекуле, следовательно, разные молекулярные формулы. Это не изомеры.

2) одинаковый качественный и количественный состав, но разное строение
Это утверждение точно соответствует определению изомерии. Например, бутан и изобутан (2-метилпропан) имеют одинаковую молекулярную формулу $C_4H_{10}$, но разное строение углеродной цепи (линейное и разветвленное соответственно), что приводит к различию в их свойствах.

3) одинаковое строение, но разный состав
Данный вариант является логически неверным. Вещества с разным составом (разным набором или количеством атомов) не могут иметь одинаковое строение.

4) разное строение и разный состав
Этот вариант описывает просто два разных, не связанных изомерией, химических соединения, например, воду ($H_2O$) и метан ($CH_4$).

Таким образом, правильным является второй вариант ответа.

Ответ: 2

8. Укажите формулу изомера пентана $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3$.

1) $\text{CH}_3-\text{CH}(\text{CH}_3)-\text{CH}_3$
2) $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_3$
3) $\text{CH}_3-\text{C}(\text{CH}_3)_2-\text{CH}_3$
4) $\text{CH}_3-\text{CH}(\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3)$

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

Для того чтобы найти изомер пентана, сначала определим молекулярную формулу самого пентана, который имеет структурную формулу $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$.

Молекула пентана содержит 5 атомов углерода (C) и $3+2+2+2+3=12$ атомов водорода (H). Таким образом, молекулярная формула пентана — $C_5H_{12}$.

Теперь необходимо найти среди предложенных вариантов соединение с такой же молекулярной формулой $C_5H_{12}$, но с отличным от пентана строением (то есть, не с линейной цепью из пяти атомов углерода). Проанализируем каждый вариант.

1) $CH_3-CH(CH_3)-CH_3$
Данное соединение является 2-метилпропаном (изобутаном).
Оно содержит 4 атома углерода и $3+1+3+3=10$ атомов водорода. Молекулярная формула: $C_4H_{10}$.
Поскольку молекулярная формула не совпадает с формулой пентана, это вещество не является его изомером.

2) $CH_3-CH_2-CH_3$
Данное соединение является пропаном.
Оно содержит 3 атома углерода и $3+2+3=8$ атомов водорода. Молекулярная формула: $C_3H_8$.
Это вещество не является изомером пентана.

3) $CH_3-C(CH_3)_2-CH_3$
Данное соединение является 2,2-диметилпропаном (неопентаном).
Оно содержит 5 атомов углерода и $3 \cdot 4 = 12$ атомов водорода. Молекулярная формула: $C_5H_{12}$.
Молекулярная формула совпадает с формулой пентана, но строение (разветвленное, с центральным углеродным атомом, связанным с четырьмя другими) отличается от линейного строения н-пентана. Следовательно, это изомер пентана.

4) $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$
Данная формула, несмотря на способ записи в варианте ответа, описывает н-пентан.
Это то же самое вещество, которое дано в условии. Вещество не является изомером самому себе.

Ответ: 3

9. Наиболее сходные химические свойства проявляют вещества, формулы которых

1) $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_3$ и $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}_2-\text{CH}_3$

2) $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{CH}=\text{CH}_2$ и $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{OH}$

3) $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{O}-\text{CH}_3$ и $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{O}-\text{CH}_2-\text{CH}_3$

4) $\text{CH}_3-\text{OH}$ и $\text{CH}_4$

5) $\text{CH}_2=\text{CH}-\text{CH}_3$ и $\text{CH}_3-\text{CHCl}-\text{CH}_3$

Наиболее сходные химические свойства проявляют вещества, которые принадлежат к одному классу органических соединений и являются гомологами. Гомологи — это вещества, сходные по строению и химическим свойствам, состав которых отличается на одну или несколько гомологических разностей (групп $-CH_2-$).

Рассмотрим предложенные пары веществ:

1) $CH_3-CH_2-CH_3$ и $CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$

В этой паре представлены пропан и бутан. Оба вещества относятся к классу предельных углеводородов (алканов). Они имеют одинаковое строение (неразветвленная цепь), одинаковый тип связей (одинарные $C-C$ и $C-H$) и отличаются по составу на одну группу $-CH_2-$. Следовательно, они являются гомологами и обладают очень сходными химическими свойствами.

2) $CH_3-CH_2-CH=CH_2$ и $CH_3-CH_2-OH$

Здесь представлены бутен-1 и этанол. Бутен-1 относится к классу алкенов (содержит двойную связь $C=C$), а этанол — к классу одноатомных спиртов (содержит гидроксильную группу $-OH$). Так как вещества принадлежат к разным классам и имеют разные функциональные группы, их химические свойства будут кардинально различаться.

3) $CH_3-CH_2-O-CH_3$ и $CH_3-CH_2-O-CH_2-CH_3$

В этой паре представлены метилэтиловый эфир и диэтиловый эфир. Оба вещества относятся к классу простых эфиров (содержат эфирную группу $-O-$). Их состав также отличается на одну группу $-CH_2-$ (молекулярные формулы $C_3H_8O$ и $C_4H_{10}O$). Они являются гомологами, и их химические свойства также очень похожи.

4) $CH_3-OH$ и $CH_4$

Здесь представлены метанол и метан. Метанол является спиртом, а метан — алканом. Это вещества из разных классов с совершенно разными химическими свойствами.

5) $CH_2=CH-CH_3$ и $CH_3-CHCl-CH_3$

В этой паре представлены пропен и 2-хлорпропан. Пропен относится к алкенам, а 2-хлорпропан — к галогеналканам. Наличие разных функциональных групп (двойная связь и атом хлора) определяет их различные химические свойства.

Таким образом, наиболее сходные химические свойства будут у пар веществ, представленных в пунктах 1 и 3, так как в обоих случаях это пары гомологов. Однако, в химии принято считать, что наиболее типичными представителями гомологического ряда с максимально схожими свойствами являются соседние члены простейших рядов, таких как алканы. Пропан и бутан — это два соседних члена гомологического ряда алканов неразветвленного строения. В то время как пара эфиров представляет собой переход от несимметричного эфира к симметричному, что вносит небольшое дополнительное различие в их структуру. Поэтому пара пропан и бутан является лучшим примером веществ с наиболее сходными химическими свойствами.

Ответ: 1