Страница 7 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

3. Валентность атомов углерода в молекуле $CH_3-CH_2-OH$ равна

1) трём

2) четырём

3) пяти

4) двум

Решение

Валентность атома в химическом соединении — это число химических связей, которые данный атом образует с другими атомами. Чтобы определить валентность атомов углерода в молекуле этилового спирта ($CH_3-CH_2-OH$), нужно рассмотреть его структурную формулу.

Полная структурная формула этилового спирта выглядит следующим образом:

 H H | | H—C—C—O—H | | H H 

В молекуле этанола содержатся два атома углерода:

1. Первый атом углерода (входящий в метильную группу $-CH_3$) связан с тремя атомами водорода (три связи $C-H$) и одним атомом углерода (одна связь $C-C$). Общее число связей для этого атома углерода: $3 + 1 = 4$.

2. Второй атом углерода (входящий в группу $-CH_2-$) связан с двумя атомами водорода (две связи $C-H$), одним атомом углерода (одна связь $C-C$) и одним атомом кислорода (одна связь $C-O$). Общее число связей для этого атома углерода: $2 + 1 + 1 = 4$.

Таким образом, каждый атом углерода в молекуле этилового спирта образует четыре химические связи. Это соответствует основному положению теории химического строения органических соединений, согласно которому углерод в органических веществах всегда четырёхвалентен.

Следовательно, валентность атомов углерода в молекуле этилового спирта равна четырём.

Ответ: 2) четырём

4. Определение понятия «органическая химия» сформулировал

1) М. Бертло

2) К. Шорлеммер

3) А. М. Бутлеров

4) И. Берцелиус

Вопрос касается истории химии и требует определить, кто из ученых сформулировал научное определение понятия «органическая химия». Для правильного ответа необходимо рассмотреть вклад каждого из перечисленных ученых.

1) М. Бертло

Марселен Бертло — французский химик, который внес огромный вклад в органическую химию, осуществив синтез многих органических веществ (метана, этилена, ацетилена, бензола) из неорганических. Его работы во второй половине XIX века окончательно опровергли виталистическую теорию, согласно которой органические соединения могут создаваться только живыми организмами. Однако Бертло не является автором классического определения органической химии.

2) К. Шорлеммер

Карл Шорлеммер — немецкий химик, который, изучая состав соединений углерода, пришел к выводу, что все органические вещества можно рассматривать как производные углеводородов. В 1889 году он дал определение, которое стало классическим и заложило современное понимание предмета этой науки: «Органическая химия есть химия углеводородов и их производных». Это определение основано на составе веществ, а не на их происхождении, и оно до сих пор сохраняет свою актуальность.

3) А. М. Бутлеров

Александр Михайлович Бутлеров — великий русский химик, создатель теории химического строения органических соединений (1861 г.). Его теория является теоретическим фундаментом всей современной органической химии, так как она объясняет порядок соединения атомов в молекулах, их взаимное влияние и явление изомерии. Вклад Бутлерова огромен, но он сформулировал не определение органической химии как науки, а ее главную теоретическую основу.

4) И. Берцелиус

Йёнс Якоб Берцелиус — шведский химик, который в 1807 году ввел сам термин «органическая химия». Он разделил все вещества на органические (получаемые из живых организмов) и неорганические. Его определение было основано на витализме — учении о «жизненной силе». После синтеза мочевины Фридрихом Вёлером в 1828 году и последующих синтезов Бертло эта теория была опровергнута, а определение Берцелиуса утратило свою научную состоятельность.

Таким образом, хотя Берцелиус и ввел сам термин, научное определение, которым химия пользуется и по сей день, было сформулировано Карлом Шорлеммером.

Ответ: 2

5. Укажите элемент, атомы которого способны соединяться в цепи разного вида.

1) азот

2) хлор

3) углерод

4) водород

Решение:

Вопрос заключается в определении элемента, атомы которого обладают способностью к катенации — образованию прочных ковалентных связей между одинаковыми атомами, что приводит к формированию цепей и циклов различной длины и структуры. Рассмoтрим предложенные варианты:

1) Азот (N). Атомы азота могут образовывать связи друг с другом, например, в гидразине ($N_2H_4$) или азидах (содержащих ион $N_3^−$). Однако одинарная связь $N-N$ (энергия связи приблизительно 160 кДж/моль) значительно слабее тройной связи $N \equiv N$ в молекуле $N_2$ (приблизительно 945 кДж/моль). Из-за этого длинные цепи из атомов азота крайне нестабильны. Разнообразие таких цепей очень ограничено.

2) Хлор (Cl). Хлор является галогеном и в большинстве соединений проявляет валентность I. Атом хлора может образовать только одну ковалентную связь. Это означает, что он может либо находиться на конце молекулярной цепи, либо образовывать двухатомную молекулу ($Cl_2$), но не может быть звеном в цепи.

3) Углерод (C). Углерод обладает уникальной способностью к катенации. Атомы углерода могут образовывать прочные одинарные ($C-C$, приблизительно 348 кДж/моль), двойные ($C=C$, приблизительно 614 кДж/моль) и тройные ($C \equiv C$, приблизительно 839 кДж/моль) связи друг с другом. Это позволяет углероду формировать огромное разнообразие стабильных структур, таких как линейные цепи (например, в н-бутане), разветвленные цепи (например, в изобутане) и циклические структуры, как насыщенные (циклогексан), так и ароматические (бензол). Это свойство лежит в основе всей органической химии.

4) Водород (H). Атом водорода имеет только один электрон и может образовать только одну ковалентную связь. Как и хлор, он может только завершать цепь или образовывать молекулу $H_2$, но не может быть ее частью.

Таким образом, именно углерод является элементом, атомы которого способны соединяться в цепи самого разного вида.

Ответ: 3) углерод.

6. Верны ли утверждения?

А. Химическое строение органических соединений влияет на их свойства.

Б. Атомы углерода могут образовывать одинарные, двойные и тройные связи.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Рассмотрим оба утверждения по отдельности для определения их истинности.

А. Химическое строение органических соединений влияет на их свойства.

Это утверждение является одним из ключевых положений теории химического строения, разработанной А. М. Бутлеровым. Оно гласит, что свойства вещества определяются не только его элементным составом, но и порядком соединения атомов в молекуле, то есть её химическим строением. Ярким доказательством этого служат изомеры — вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав (одну и ту же молекулярную формулу), но разное строение и, как следствие, разные физические и химические свойства. Например, этиловый спирт ($C_2H_5OH$) и диметиловый эфир ($CH_3OCH_3$) имеют одинаковую молекулярную формулу $C_2H_6O$. Однако из-за различий в строении (наличия гидроксильной группы у спирта и эфирной группы у эфира) их свойства кардинально отличаются: этанол — жидкость, хорошо растворимая в воде и реагирующая со щелочными металлами, в то время как диметиловый эфир — газ, плохо растворимый в воде и химически инертный в схожих условиях. Таким образом, утверждение А верно.

Б. Атомы углерода могут образовывать одинарные, двойные и тройные связи.

Атом углерода, обладая четырьмя валентными электронами, способен формировать четыре ковалентные связи. Эта способность позволяет атомам углерода соединяться друг с другом и с атомами других элементов, образуя различные типы связей. Примеры включают: одинарную связь $C-C$ в алканах (например, в этане $CH_3-CH_3$), двойную связь $C=C$ в алкенах (например, в этене $CH_2=CH_2$) и тройную связь $C≡C$ в алкинах (например, в ацетилене $HC≡CH$). Эта уникальная особенность атома углерода является основой огромного разнообразия органических соединений. Следовательно, утверждение Б также верно.

Поскольку оба утверждения, А и Б, являются верными, правильным выбором будет вариант, утверждающий истинность обоих.

Ответ: 3

7. В отличие от молекулярной формулы, структурная формула показывает

1) общее количество атомов в молекуле

2) количество атомов углерода в молекуле

3) последовательность соединения атомов в молекуле

4) расположение атомов в пространстве

Для ответа на этот вопрос необходимо разобраться в различиях между молекулярной и структурной формулами в химии.

Молекулярная формула (также называемая брутто-формулой) показывает только качественный и количественный состав молекулы. То есть она указывает, атомы каких химических элементов и в каком количестве входят в состав одной молекулы вещества. Например, молекулярная формула этанола и диметилового эфира одинакова: $C_2H_6O$. Из этой формулы мы можем узнать, что:
- в молекуле есть атомы углерода (C), водорода (H) и кислорода (O);
- в одной молекуле содержится 2 атома углерода, 6 атомов водорода и 1 атом кислорода;
- общее количество атомов в молекуле: $2 + 6 + 1 = 9$.
Таким образом, информация из пунктов 1 и 2 напрямую следует из молекулярной формулы.

Структурная формула показывает порядок соединения атомов в молекуле, то есть их химическое строение. Она графически изображает, как атомы связаны друг с другом химическими связями. Для той же молекулярной формулы $C_2H_6O$ существуют два разных вещества (изомера) с разными структурными формулами.

Этанол (этиловый спирт):
CH₃–CH₂–OH
Здесь атомы соединены в последовательности C–C–O.

Диметиловый эфир:
CH₃–O–CH₃
Здесь последовательность соединения атомов иная: C–O–C.

Именно эта информация о последовательности соединения атомов является ключевым отличием структурной формулы от молекулярной. Она объясняет, почему вещества с одинаковым атомным составом (изомеры) могут иметь совершенно разные физические и химические свойства.

Проанализируем предложенные варианты:

1) общее количество атомов в молекуле
Это можно узнать как из молекулярной, так и из структурной формулы (простым подсчетом). Следовательно, это не является отличительной особенностью.

2) количество атомов углерода в молекуле
Эту информацию также содержат обе формулы. Это не является отличием.

3) последовательность соединения атомов в молекуле
Эту информацию предоставляет только структурная формула. Молекулярная формула не описывает порядок связей между атомами. Это и есть главное различие.

4) расположение атомов в пространстве
Точное пространственное расположение атомов (стереохимию) показывают пространственные или стереохимические формулы, которые являются более детальным видом структурных формул. Однако фундаментальное предназначение любой структурной формулы, в отличие от молекулярной, — это именно демонстрация связей между атомами, то есть их последовательности. Поэтому вариант 3 является наиболее точным и фундаментальным ответом.

Таким образом, ключевое преимущество структурной формулы над молекулярной заключается в том, что она показывает последовательность соединения атомов.

Ответ: 3

8. Наиболее сходные химические свойства проявляют вещества, формулы которых

А. $\text{CH}_{2}\text{=CH}_{2}$

Б. $\text{CH}_{3}\text{—CH}_{2}\text{—Br}$

В. $\text{CH}_{3}\text{—CH}_{2}\text{—OH}$

Г. $\text{CH}_{2}\text{=CH—CH}_{3}$

1) А, Б

2) А, Г

3) В, Г

4) Б, Г

Наиболее сходные химические свойства проявляют вещества, относящиеся к одному классу органических соединений и имеющие одинаковую функциональную группу. Такие вещества называют гомологами. Гомологи имеют сходное строение и химические свойства, а отличаются друг от друга на одну или несколько групп $-CH_2-$.

Проанализируем каждое вещество из списка:

• А. $CH_2=CH_2$ (этен) — это алкен. Функциональная группа — двойная связь ($C=C$). Для алкенов характерны реакции присоединения.
• Б. $CH_3-CH_2-Br$ (бромэтан) — это галогеналкан. Функциональная группа — атом брома ($-Br$). Для галогеналканов характерны реакции замещения.
• В. $CH_3-CH_2-OH$ (этанол) — это спирт. Функциональная группа — гидроксильная группа ($-OH$). Для спиртов характерны реакции окисления, дегидратации, замещения гидроксильной группы.
• Г. $CH_2=CH-CH_3$ (пропен) — это алкен. Функциональная группа — двойная связь ($C=C$). Является гомологом этена.

Сравнивая вещества, мы видим, что этен (А) и пропен (Г) принадлежат к одному и тому же классу соединений — алкенам. Они являются соседними членами гомологического ряда алкенов. Наличие одинаковой функциональной группы (двойной связи) обуславливает их сходные химические свойства, такие как способность вступать в реакции присоединения (гидрирование, галогенирование, гидрогалогенирование), полимеризации и окисления.

Остальные пары веществ (А и Б, В и Г, Б и Г) относятся к разным классам соединений, имеют разные функциональные группы и, соответственно, проявляют различные химические свойства.

Таким образом, наиболее сходные химические свойства проявляют вещества А и Г.

Ответ: 2) А, Г