Страница 67 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

4. Водородные связи отсутствуют между молекулами

1) метанола

2) этиленгликоля

3) воды

4) водорода

Водородная связь — это тип межмолекулярной связи, которая образуется, когда атом водорода, ковалентно связанный с сильно электроотрицательным атомом (таким как кислород, азот или фтор), притягивается к другому электроотрицательному атому соседней молекулы. Для того чтобы между молекулами вещества могли образовываться водородные связи, в его молекулах должны присутствовать связи $H-F$, $H-O$ или $H-N$.

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) метанола

Химическая формула метанола — $CH_3OH$. В его молекуле содержится гидроксильная группа $(-OH)$, где атом водорода связан с сильно электроотрицательным атомом кислорода. Это приводит к сильной поляризации связи, и между молекулами метанола возникают водородные связи.

2) этиленгликоля

Химическая формула этиленгликоля — $HO-CH_2-CH_2-OH$. Его молекула содержит две гидроксильные группы $(-OH)$. Как и в случае с метанолом, наличие связей $O-H$ является причиной образования водородных связей между молекулами.

3) воды

Химическая формула воды — $H_2O$. В молекуле воды два атома водорода связаны с сильно электроотрицательным атомом кислорода. Вода является классическим примером вещества, в котором образуются разветвленные и прочные водородные связи, определяющие её уникальные свойства.

4) водорода

Молекула водорода ($H_2$) состоит из двух атомов водорода. В ней отсутствует сильно электроотрицательный атом. Связь $H-H$ является ковалентной неполярной, так как электроотрицательность атомов одинакова. Следовательно, условия для образования водородных связей не выполняются. Между молекулами водорода действуют только слабые ван-дер-ваальсовы (дисперсионные) силы.

Таким образом, водородные связи отсутствуют между молекулами водорода.

Ответ: 4

5. Верны ли утверждения?

А. Этерификация — это взаимодействие спирта и карбоновой кислоты с образованием сложного эфира.

Б. Спирты имеют более низкие температуры кипения, чем углеводороды, имеющие такое же число углеродных атомов.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

А. Этерификация — это взаимодействие спирта и карбоновой кислоты с образованием сложного эфира.

Данное утверждение является определением реакции этерификации. Это химическая реакция, в результате которой из карбоновой кислоты и спирта образуется сложный эфир и вода. Катализатором обычно выступает сильная кислота, например, серная. Общая схема реакции выглядит следующим образом: $R-COOH + R'-OH \rightleftharpoons R-COO-R' + H_2O$ где $R$ и $R'$ — углеводородные радикалы. Таким образом, утверждение А верно.

Б. Спирты имеют более низкие температуры кипения, чем углеводороды, имеющие такое же число углеродных атомов.

Данное утверждение неверно. Молекулы спиртов содержат полярную гидроксильную группу $-OH$. Благодаря этому между молекулами спирта образуются прочные межмолекулярные водородные связи. Углеводороды являются неполярными или слабополярными соединениями, и между их молекулами действуют только слабые силы Ван-дер-Ваальса. Водородные связи значительно прочнее, чем ван-дер-ваальсовы взаимодействия. Для кипения жидкости необходимо затратить энергию на преодоление межмолекулярных сил. Поскольку в спиртах эти силы сильнее, их температуры кипения значительно выше, чем у углеводородов с таким же числом атомов углерода (и, соответственно, близкой молекулярной массой).

Например, сравним этанол ($C_2H_5OH$) и этан ($C_2H_6$):

• Температура кипения этанола: $78.4$ °C
• Температура кипения этана: $-88.6$ °C

Следовательно, утверждение Б неверно.

Из двух утверждений верным является только утверждение А.

Ответ: 1) верно только А.

6. При горении спиртов образуются

1) оксид углерода(IV) и водород

2) оксид углерода(II) и вода

3) оксид углерода(IV) и вода

4) оксид углерода(II) и водород

Горение — это процесс окисления, при котором вещество реагирует с окислителем, обычно кислородом, с выделением тепла и света. Спирты являются органическими соединениями, состоящими из атомов углерода (C), водорода (H) и кислорода (O). При полном сгорании спиртов (т.е. в избытке кислорода) углерод, содержащийся в спирте, окисляется до своей высшей степени окисления, образуя оксид углерода(IV) (углекислый газ, $CO_2$), а водород окисляется до воды ($H_2O$).

Общее уравнение реакции полного сгорания одноатомного насыщенного спирта ($C_nH_{2n+1}OH$) можно записать в следующем виде:

$C_nH_{2n+1}OH + \frac{3n}{2}O_2 \rightarrow nCO_2 + (n+1)H_2O$

В качестве примера рассмотрим реакцию горения этанола ($C_2H_5OH$):

$C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O$

Продуктами этой реакции являются оксид углерода(IV) и вода. Варианты, включающие образование водорода ($H_2$), неверны, так как водород в составе спирта окисляется до воды. Вариант с образованием оксида углерода(II) ($CO$) соответствует неполному сгоранию, которое происходит при недостатке кислорода. В стандартных условиях под горением подразумевается полное сгорание. Следовательно, правильный вариант ответа — оксид углерода(IV) и вода.

Ответ: 3

7. Этанол не взаимодействует

1) с кислородом

2) с натрием

3) с водородом

4) с оксидом меди(II)

Решение

Для того чтобы ответить на вопрос, необходимо проанализировать химические свойства этанола ($C_2H_5OH$) и его способность вступать в реакции с предложенными веществами. Этанол является представителем класса одноатомных предельных спиртов.

1) с кислородом

Этанол активно взаимодействует с кислородом. Эта реакция — горение. При полном сгорании этанола в избытке кислорода образуются углекислый газ и вода. Эта реакция является экзотермической.

Уравнение реакции полного сгорания:

$C_2H_5OH + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O$

Следовательно, этанол взаимодействует с кислородом.

2) с натрием

Спирты обладают слабыми кислотными свойствами, что позволяет им реагировать с активными металлами, такими как натрий. Атом водорода в гидроксогруппе ($–OH$) замещается на атом металла с образованием алкоголята (в данном случае этилата натрия) и выделением водорода.

Уравнение реакции:

$2C_2H_5OH + 2Na \rightarrow 2C_2H_5ONa + H_2 \uparrow$

Следовательно, этанол взаимодействует с натрием.

3) с водородом

Реакции присоединения водорода (гидрирование) характерны для соединений, имеющих в своем составе кратные (двойные или тройные) связи или карбонильные группы ($C=O$). Молекула этанола ($CH_3-CH_2-OH$) является предельной, то есть не содержит кратных углерод-углеродных связей, и не содержит карбонильной группы. Поэтому этанол не вступает в реакцию присоединения с водородом в обычных условиях. Наоборот, для спиртов характерна обратная реакция — дегидрирование (отщепление водорода).

Следовательно, этанол не взаимодействует с водородом.

4) с оксидом меди(II)

Этанол, как первичный спирт, окисляется до альдегида при взаимодействии с оксидом меди(II) ($CuO$) при нагревании. Это качественная реакция на первичные спирты. В ходе реакции этанол окисляется до этаналя (уксусного альдегида), а черный оксид меди(II) восстанавливается до металлической меди красного цвета.

Уравнение реакции:

$C_2H_5OH + CuO \xrightarrow{t^\circ} CH_3CHO + Cu + H_2O$

Следовательно, этанол взаимодействует с оксидом меди(II).

Таким образом, проанализировав все варианты, можно заключить, что этанол не вступает в реакцию с водородом.

Ответ: 3

8. Метилат натрия $CH_3ONa$ образуется при взаимодействии метанола

1) с гидроксидом натрия

2) с оксидом натрия

3) с хлоридом натрия

4) с натрием

Решение

Метилат натрия ($CH_3ONa$) — это алкоголят, соль, образованная спиртом метанолом ($CH_3OH$) и натрием. Алкоголяты образуются в реакциях, где спирты проявляют свои слабые кислотные свойства. Рассмотрим, какие из предложенных реагентов могут взаимодействовать с метанолом с образованием метилата натрия.

1) с гидроксидом натрия

Метанол является очень слабой кислотой (его кислотность сопоставима с кислотностью воды). Реакция нейтрализации с сильным основанием, таким как гидроксид натрия ($NaOH$), является обратимой, и её равновесие смещено в сторону образования более слабых кислоты и основания, то есть в сторону исходных веществ.

$CH_3OH + NaOH \rightleftharpoons CH_3ONa + H_2O$

Таким образом, этот способ не позволяет получить метилат натрия в значительном количестве.

2) с оксидом натрия

Оксид натрия ($Na_2O$) является основным оксидом и реагирует со спиртами, которые ведут себя как кислоты, образуя алкоголят и воду.

$2CH_3OH + Na_2O \rightarrow 2CH_3ONa + H_2O$

Эта реакция возможна, однако реакция с металлическим натрием является более распространённым и типичным способом синтеза алкоголятов.

3) с хлоридом натрия

Хлорид натрия ($NaCl$) — соль сильной кислоты ($HCl$) и сильного основания ($NaOH$), является нейтральным веществом и не вступает в реакцию с метанолом в обычных условиях.

$CH_3OH + NaCl \rightarrow$ реакция не протекает.

4) с натрием

Спирты, подобно кислотам, реагируют с активными металлами (щелочными и щелочноземельными). Металлический натрий ($Na$) вытесняет водород из гидроксильной группы спирта, образуя алкоголят (метилат натрия) и газообразный водород. Эта реакция является необратимой, так как один из продуктов (водород) улетучивается из сферы реакции, смещая равновесие вправо.

$2CH_3OH + 2Na \rightarrow 2CH_3ONa + H_2 \uparrow$

Это классический и наиболее эффективный способ получения алкоголятов.

Из всех перечисленных вариантов, взаимодействие с металлическим натрием является наиболее характерной и однозначной реакцией получения метилата натрия из метанола.

Ответ: 4) с натрием.

9. В промышленности этанол получают

1) из метана

2) из синтез-газа

3) из бромэтана

4) из этилена

Решение

В промышленности этанол ($C_2H_5OH$) получают двумя основными способами: биохимическим (спиртовое брожение сахаров) и синтетическими (химическими). Вопрос касается промышленных химических методов.

Рассмотрим предложенные варианты:

1) из метана

Прямое превращение метана ($CH_4$) в этанол в одну стадию — сложная каталитическая задача, и в настоящее время этот метод не является промышленно реализованным в больших масштабах. Этанол можно получить из метана через промежуточные стадии (например, через синтез-газ), но это непрямой и не самый распространенный способ.

2) из синтез-газа

Синтез-газ, представляющий собой смесь оксида углерода(II) и водорода ($CO + H_2$), может использоваться для синтеза этанола. Процесс проводят при высоких температурах и давлении в присутствии специальных катализаторов (например, на основе родия или модифицированных катализаторов Фишера-Тропша). Уравнение реакции может быть представлено как: $2CO + 4H_2 \rightarrow C_2H_5OH + H_2O$. Этот метод является промышленным, однако он конкурирует с другими, более освоенными технологиями.

3) из бромэтана

Получение этанола путем щелочного гидролиза бромэтана ($C_2H_5Br$) — это классический лабораторный метод синтеза спиртов. Реакция протекает по следующей схеме: $C_2H_5Br + NaOH_{(водн.)} \rightarrow C_2H_5OH + NaBr$. В промышленности этот способ не применяется из-за высокой стоимости исходного бромэтана по сравнению с целевым продуктом.

4) из этилена

Это один из главных промышленных методов получения синтетического этанола. Процесс заключается в прямой каталитической гидратации этилена ($C_2H_4$), который в свою очередь получают крекингом нефтепродуктов. Реакция обратима и проводится при повышенной температуре ($250-300^\circ C$) и давлении ($7-10$ МПа) с использованием катализатора, чаще всего ортофосфорной кислоты ($H_3PO_4$) на твердом носителе (силикагеле). Уравнение реакции: $CH_2=CH_2 + H_2O \rightleftharpoons C_2H_5OH$. Этот метод является высокоэффективным и экономически выгодным для крупнотоннажного производства.

Сравнивая все варианты, гидратация этилена является наиболее распространенным и исторически значимым промышленным методом синтеза этанола из перечисленных.

Ответ: 4) из этилена.