Страница 77 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

1. Укажите общую формулу альдегидов.

1) $R-C(=O)OH$

2) $R-C(=O)R$

3) $R-OH$

4) $R-C(=O)H$

Решение:
Альдегиды — это класс органических соединений, молекулы которых содержат альдегидную (или формильную) группу $-CHO$. Эта группа состоит из карбонильного центра (атом углерода, соединенный двойной связью с атомом кислорода), который связан с атомом водорода и углеводородным радикалом $R$ (или еще одним атомом водорода в случае формальдегида).
Рассмотрим предложенные варианты ответов:

1) $R-C(O)OH$ — это общая формула карбоновых кислот, которые характеризуются наличием карбоксильной группы $-COOH$.

2) $R-C(O)R$ — это общая формула кетонов, где карбонильная группа $C=O$ связана с двумя углеводородными радикалами.

3) $R-OH$ — это общая формула спиртов, содержащих гидроксильную группу $-OH$.

4) $R-C(O)H$ — это общая формула альдегидов. Здесь атом углерода карбонильной группы связан с атомом водорода и радикалом $R$. Эта структура полностью соответствует определению альдегидной группы.

Следовательно, правильный вариант, отражающий общую формулу альдегидов, находится под номером 4.
Ответ: 4.

2. При окислении альдегидов образуются

1) фенолы

2) спирты

3) карбоновые кислоты

4) кетоны

Решение

Альдегиды — это класс органических соединений, которые содержат в своей структуре альдегидную (или формильную) группу $ -CHO $. Эта группа состоит из карбонильного центра ($ C=O $), где атом углерода также связан с атомом водорода и углеводородным радикалом $R$ (или еще одним атомом водорода в случае формальдегида).

Одной из ключевых химических особенностей альдегидов является их способность легко окисляться. В процессе окисления атом водорода, связанный с карбонильным углеродом, замещается на гидроксильную группу ($ -OH $). В результате альдегидная группа $ -CHO $ превращается в карбоксильную группу $ -COOH $.

Общая схема реакции окисления альдегида выглядит следующим образом: $$ R-CHO + [O] \rightarrow R-COOH $$ где $[O]$ — условное обозначение окислителя (например, $Ag_2O$ в аммиачном растворе, $Cu(OH)_2$, $KMnO_4$, $K_2Cr_2O_7$).

Продуктом этой реакции является карбоновая кислота.

Рассмотрим другие варианты ответа:

• 1) Фенолы — это соединения, в которых гидроксильная группа связана непосредственно с атомами углерода ароматического кольца. Они не образуются при окислении альдегидов.
• 2) Спирты образуются в результате обратного процесса — восстановления альдегидов.
• 4) Кетоны, так же как и альдегиды, содержат карбонильную группу, но в них она связана с двумя углеводородными радикалами ($ R-CO-R' $). Кетоны образуются при окислении вторичных спиртов и, в отличие от альдегидов, устойчивы к действию мягких окислителей.

Таким образом, при окислении альдегидов образуются карбоновые кислоты.

Ответ: 3) карбоновые кислоты

3. При гидрировании формальдегида образуется

1) метан 2) метанол 3) метаналь 4) ацетон

Решение

Гидррирование — это реакция присоединения водорода ($H_2$) к веществу, обычно в присутствии катализатора (например, никеля, платины или палладия). Формальдегид (систематическое название — метаналь) относится к классу альдегидов. Альдегиды содержат карбонильную группу ($C=O$).

При гидрировании альдегидов происходит разрыв двойной связи в карбонильной группе и присоединение по одному атому водорода к атому углерода и атому кислорода. В результате этой реакции альдегиды восстанавливаются до первичных спиртов.

Химическая формула формальдегида — $HCHO$. Уравнение реакции гидрирования формальдегида выглядит следующим образом:

$H-\overset{\Large O}{\overset{||}{C}}-H + H_2 \xrightarrow{Ni, t, p} CH_3OH$

Продуктом реакции является метанол ($CH_3OH$) — простейший одноатомный спирт.

Рассмотрим предложенные варианты ответа:

1) Метан ($CH_4$) — это алкан. Он может быть получен при более глубоком восстановлении, но типичным продуктом каталитического гидрирования альдегида является спирт.

2) Метанол ($CH_3OH$) — это первичный спирт, который образуется при восстановлении формальдегида. Этот вариант является верным.

3) Метаналь ($HCHO$) — это другое название формальдегида, то есть исходное вещество, а не продукт реакции.

4) Ацетон ($(CH_3)_2CO$) — это кетон, содержащий три атома углерода. Он не может образоваться из формальдегида, в молекуле которого всего один атом углерода.

Таким образом, при гидрировании формальдегида образуется метанол.

Ответ: 2) метанол

4. Верны ли утверждения?

А. Реакция «серебряного зеркала» — качественная реакция на альдегиды.

Б. Водный раствор формальдегида называют формалином.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

А. Реакция «серебряного зеркала» — качественная реакция на альдегиды.

Данное утверждение является верным. Реакция «серебряного зеркала» — это специфическая химическая реакция, используемая для обнаружения альдегидов. В этой реакции альдегид окисляется аммиачным раствором оксида серебра (известным как реактив Толленса), при этом ионы серебра ($Ag^+$) восстанавливаются до металлического серебра ($Ag$), которое осаждается на внутренней поверхности реакционного сосуда, создавая зеркальный эффект. Общее уравнение реакции:

$R-CHO + 2[Ag(NH_3)_2]OH \rightarrow R-COONH_4 + 2Ag \downarrow + 3NH_3 + H_2O$

Б. Водный раствор формальдегида называют формалином.

Это утверждение также является верным. Формалин — это общепринятое название для водного раствора формальдегида (метаналя, $HCHO$). Стандартный формалин представляет собой 37–40%-й раствор формальдегида в воде, часто с добавлением метанола (около 8–15%) в качестве стабилизатора для предотвращения полимеризации. Он широко применяется как антисептик, дезинфицирующее средство и консервант.

Поскольку оба утверждения (А и Б) верны, правильным является вариант ответа, в котором указано, что оба утверждения верны.

Ответ: 3

5. К наиболее слабым электролитам относят

1) муравьиную кислоту

2) уксусную кислоту

3) серную кислоту

4) пропионовую кислоту

Решение

Электролиты — это вещества, растворы или расплавы которых проводят электрический ток благодаря диссоциации на ионы. Сила электролита зависит от степени его диссоциации ($α$): сильные электролиты диссоциируют практически полностью ($α \approx 1$), а слабые — лишь частично ($α \ll 1$). Для количественной оценки силы слабой кислоты используют константу кислотной диссоциации ($K_a$). Чем меньше значение $K_a$, тем слабее кислота и, соответственно, тем слабее она как электролит.

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) муравьиная кислота

Муравьиная кислота ($HCOOH$) — это слабая одноосновная карбоновая кислота. Она является слабым электролитом. Константа её диссоциации в водном растворе при стандартных условиях составляет $K_a \approx 1.8 \cdot 10^{-4}$.

2) уксусная кислота

Уксусная кислота ($CH_3COOH$) — также слабая карбоновая кислота и слабый электролит. Её константа диссоциации $K_a \approx 1.8 \cdot 10^{-5}$.

3) серная кислота

Серная кислота ($H_2SO_4$) — сильная двухосновная неорганическая кислота. По первой ступени она диссоциирует практически полностью, что делает её сильным электролитом. Этот вариант не является ответом на вопрос о наиболее слабом электролите.

4) пропионовая кислота

Пропионовая (пропановая) кислота ($CH_3CH_2COOH$) — слабая карбоновая кислота, слабый электролит. Её константа диссоциации $K_a \approx 1.3 \cdot 10^{-5}$.

Для того чтобы найти наиболее слабый электролит, необходимо сравнить константы диссоциации слабых кислот: муравьиной, уксусной и пропионовой. Сила одноосновных карбоновых кислот в гомологическом ряду уменьшается с увеличением длины углеводородного радикала. Это объясняется положительным индуктивным эффектом (+I) алкильных групп ($–CH_3$, $–CH_2CH_3$), которые смещают электронную плотность к карбоксильной группе, что дестабилизирует анион, образующийся при диссоциации, и затрудняет отщепление протона.

Сравним значения констант диссоциации: $K_a(HCOOH) \approx 1.8 \cdot 10^{-4}$ $K_a(CH_3COOH) \approx 1.8 \cdot 10^{-5}$ $K_a(CH_3CH_2COOH) \approx 1.3 \cdot 10^{-5}$

Поскольку $1.3 \cdot 10^{-5}$ является наименьшим значением среди представленных констант, пропионовая кислота является самой слабой из перечисленных кислот и, следовательно, самым слабым электролитом.

Ответ: 4) пропионовую кислоту.

6. Метиловый эфир пропановой кислоты получают взаимодействием

1) метанола и пропановой кислоты

2) метанола и пропаналя

3) пропановой кислоты и метаналя

4) ацетальдегида и метилового спирта

Сложные эфиры получают в результате реакции этерификации, которая представляет собой взаимодействие карбоновой кислоты и спирта. Название сложного эфира состоит из названия спиртового радикала и названия кислотного остатка (с суффиксом -оат или -ат).

В данном случае, название "метиловый эфир пропановой кислоты" (также известный как метилпропаноат) указывает на то, что для его синтеза необходимы:

• Спирт, дающий метильный радикал ($CH_3$-) — это метиловый спирт или метанол ($CH_3OH$).
• Карбоновая кислота, содержащая три атома углерода — это пропановая кислота ($CH_3CH_2COOH$).

Уравнение реакции этерификации для получения метилпропаноата выглядит следующим образом:

$$CH_3CH_2COOH + CH_3OH \rightleftharpoons CH_3CH_2COOCH_3 + H_2O$$

Эта реакция обратима и катализируется сильными кислотами (например, концентрированной серной кислотой).

Рассмотрим предложенные варианты:

1) метанола и пропановой кислоты

Это взаимодействие спирта (метанола) и карбоновой кислоты (пропановой кислоты), которое приводит к образованию целевого продукта — метилового эфира пропановой кислоты. Этот вариант является правильным.

2) метанола и пропаналя

Пропаналь — это альдегид. Взаимодействие спирта с альдегидом приводит к образованию полуацеталя, а не сложного эфира.

3) пропановой кислоты и метаналя

Метаналь — это альдегид. Реакция карбоновой кислоты с альдегидом не является стандартным способом получения сложных эфиров.

4) ацетальдегида и метилового спирта

Ацетальдегид (этаналь) — это альдегид, а метиловый спирт — это метанол. Как и в пункте 2, их взаимодействие приводит к образованию полуацеталя.

Таким образом, единственный верный способ получения метилового эфира пропановой кислоты из предложенных — это реакция между метанолом и пропановой кислотой.

Ответ: 1