Страница 8 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

9. Укажите формулы изомеров пентана $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$.

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

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

3) $\underset{CH_3}{|}CH_2-CH_2-\underset{CH_3}{|}CH_2$

4) $CH_3-\underset{CH_3}{|}CH-CH_2-CH_3$

5) $CH_3-\underset{CH_3}{\overset{CH_3}{|}}C-CH_3$

Изомеры — это вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав (то есть одинаковую молекулярную формулу), но разное строение и, следовательно, разные свойства. Молекула пентана, приведенная в условии ($CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$), является алканом. Общая формула алканов — $C_nH_{2n+2}$. Для пентана $n=5$, поэтому его молекулярная формула — $C_5H_{2 \cdot 5 + 2}$, что равно $C_5H_{12}$.

Чтобы найти изомеры пентана, необходимо проанализировать каждое из предложенных соединений, определить их молекулярную формулу и сравнить строение с исходной молекулой пентана (н-пентана).

1) $CH_3-CH_2-CH_2-CH_3$

Это соединение — бутан. Определим его молекулярную формулу, посчитав количество атомов углерода (C) и водорода (H):

C: 4 атома

H: $3 + 2 + 2 + 3 = 10$ атомов

Молекулярная формула соединения — $C_4H_{10}$. Она отличается от молекулярной формулы пентана ($C_5H_{12}$), следовательно, бутан не является изомером пентана.

Ответ: не является изомером.

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

Это соединение — пентен-1. Оно относится к классу алкенов, так как в его молекуле присутствует одна двойная связь. Определим его молекулярную формулу:

C: 5 атомов

H: $2 + 1 + 2 + 2 + 3 = 10$ атомов

Молекулярная формула соединения — $C_5H_{10}$. Она отличается от молекулярной формулы пентана ($C_5H_{12}$), поэтому пентен-1 не является изомером пентана.

Ответ: не является изомером.

3) $CH_2(CH_3)-CH_2-CH_2(CH_3)$

Представленная структурная формула является одной из форм записи нормального пентана ($CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$). Углеродная цепь неразветвленная. Молекулярная формула этого соединения — $C_5H_{12}$. Несмотря на то, что молекулярная формула совпадает, строение молекулы идентично строению исходного вещества. Изомеры же должны иметь различное строение. Следовательно, это не изомер, а само вещество пентан.

Ответ: не является изомером.

4) $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$

Это соединение — 2-метилбутан (также известный как изопентан). Оно имеет разветвленный углеродный скелет. Определим его молекулярную формулу:

C: 5 атомов

H: $3 + 1 + 3 + 2 + 3 = 12$ атомов

Молекулярная формула — $C_5H_{12}$. Так как молекулярная формула совпадает с формулой пентана, а строение (порядок соединения атомов) отличается, 2-метилбутан является изомером пентана.

Ответ: является изомером.

5) $CH_3-C(CH_3)_2-CH_3$

Это соединение — 2,2-диметилпропан (также известный как неопентан). Оно имеет сильно разветвленный углеродный скелет. Определим его молекулярную формулу:

C: 5 атомов

H: $3 \cdot 4 = 12$ атомов

Молекулярная формула — $C_5H_{12}$. Молекулярная формула совпадает с формулой пентана, а строение отличается. Следовательно, 2,2-диметилпропан является изомером пентана.

Ответ: является изомером.

Таким образом, правильными ответами, указывающими на формулы изомеров пентана, являются пункты 4 и 5.

10. Установите соответствие между фамилией учёного и его ролью в становлении органической химии.

ФАМИЛИЯ УЧЁНОГО

А) Велер

Б) Бутлеров

В) Бертло

РОЛЬ УЧЁНОГО

1) ввёл понятие «органические вещества»

2) синтезировал аналоги природных жиров

3) сформулировал определение понятия «органическая химия»

4) впервые получил органическое вещество

5) предложил научную теорию строения органических соединений

Для установления соответствия необходимо проанализировать вклад каждого ученого в развитие органической химии.

А) Велер

Немецкий химик Фридрих Велер в 1828 году осуществил синтез, который стал переломным моментом в истории химии. Он получил органическое вещество — мочевину — путем нагревания неорганического вещества, цианата аммония. Этот эксперимент опроверг господствовавшую в то время теорию витализма, согласно которой органические соединения могут быть созданы только живыми организмами. Таким образом, Велер был первым, кто синтезировал органическое вещество из неорганического, что соответствует пункту 4.

Ответ: 4

Б) Бутлеров

Русский химик Александр Михайлович Бутлеров является создателем фундаментальной теории химического строения органических соединений. В 1861 году он сформулировал основные положения этой теории, которые объясняли явление изомерии и позволяли предсказывать свойства и способы получения новых веществ. Его теория заложила научную основу для всей современной органической химии. Этот вклад соответствует пункту 5.

Ответ: 5

В) Бертло

Французский химик Марселен Бертло внес огромный вклад в развитие органического синтеза. Он синтезировал множество органических соединений, включая метан, этиловый спирт, бензол и ацетилен, из простых неорганических веществ или элементов. Одним из его важнейших достижений был синтез жиров в 1854 году путем реакции этерификации глицерина и жирных кислот. Это доказало, что сложные природные соединения, такие как жиры, можно получить в лаборатории, и он синтезировал аналоги природных жиров. Этот вклад соответствует пункту 2.

Ответ: 2

11. Приведены молекулярные формулы органических соединений: $CH_2O$, $C_3H_7Cl$, $C_2H_2$, $CH_4O$. Одно из соединений имеет изомеры. Напишите полные структурные формулы всех приведённых соединений и укажите изомеры.

В задаче требуется написать полные структурные формулы для соединений $CH_2O$, $C_3H_7Cl$, $C_2H_2$, $CH_4O$ и указать, какое из них имеет изомеры.

$CH_2O$

Молекулярная формула $CH_2O$ соответствует альдегиду — метаналю (формальдегиду). В этом соединении атом углерода образует двойную связь с атомом кислорода и две одинарные связи с атомами водорода, что удовлетворяет валентностям всех атомов (C-IV, O-II, H-I). Соединение с одним атомом углерода не может иметь структурных изомеров.

Ответ: Полная структурная формула для $CH_2O$ (метаналь):

$$ \Large \begin{matrix} \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} \\ \phantom{H} & | & \phantom{H} \\ \text{H} & - & \text{C} & = & \text{O} \end{matrix} $$

$C_3H_7Cl$

Молекулярная формула $C_3H_7Cl$ соответствует хлорпропану. Это соединение, производное пропана, имеет изомеры. Изомерия в данном случае обусловлена различным положением атома хлора в углеродной цепи, состоящей из трех атомов углерода. Атом хлора может быть связан либо с крайним (первым), либо с центральным (вторым) атомом углерода.

Ответ: Соединение $C_3H_7Cl$ имеет два изомера: 1-хлорпропан и 2-хлорпропан. Их полные структурные формулы:

1-хлорпропан:

$$ \Large \begin{matrix} \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} \\ \phantom{H} & | & \phantom{H} & | & \phantom{H} & | & \phantom{H} \\ \text{H} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{Cl} \\ \phantom{H} & | & \phantom{H} & | & \phantom{H} & | & \phantom{H} \\ \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} \end{matrix} $$

2-хлорпропан:

$$ \Large \begin{matrix} \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} \\ \phantom{H} & | & \phantom{H} & | & \phantom{H} & | & \phantom{H} \\ \text{H} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{C} & - & \text{H} \\ \phantom{H} & | & \phantom{H} & | & \phantom{H} & | & \phantom{H} \\ \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} & \text{Cl} & \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} \end{matrix} $$

$C_2H_2$

Молекулярная формула $C_2H_2$ соответствует алкину — этину (ацетилену). Чтобы соблюсти валентность углерода (IV), между двумя атомами углерода должна существовать тройная связь. Каждый атом углерода при этом связан с одним атомом водорода. Для соединения с двумя атомами углерода изомерия углеродного скелета невозможна.

Ответ: Полная структурная формула для $C_2H_2$ (этин):

$$ \Large \text{H}-\text{C}\equiv\text{C}-\text{H} $$

$CH_4O$

Молекулярная формула $CH_4O$ соответствует простейшему одноатомному спирту — метанолу (метиловому спирту). Атом углерода связан с тремя атомами водорода и одной гидроксильной группой (-OH). Наличие только одного атома углерода исключает возможность структурной изомерии.

Ответ: Полная структурная формула для $CH_4O$ (метанол):

$$ \Large \begin{matrix} \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} \\ \phantom{H} & | & \phantom{H} \\ \text{H} & - & \text{C} & - & \text{O} & - & \text{H} \\ \phantom{H} & | & \phantom{H} \\ \phantom{H} & \text{H} & \phantom{H} \end{matrix} $$

12. Определите массовую долю углерода в углеводороде, молекулярная формула которого $C_2H_4$.

Дано:

Молекулярная формула углеводорода: $C_2H_4$ (этен или этилен)

Найти:

Массовую долю углерода $\omega(C)$ - ?

Решение:

Массовая доля элемента в сложном веществе — это отношение массы этого элемента в одной молекуле к массе всей молекулы. Рассчитывается по формуле:

$\omega(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(вещества)} \cdot 100\%$

где $\omega(Э)$ — массовая доля элемента, $n$ — число атомов данного элемента в молекуле (индекс), $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, а $Mr(вещества)$ — относительная молекулярная масса вещества.

1. Используя периодическую систему химических элементов Д.И. Менделеева, найдем относительные атомные массы углерода (C) и водорода (H). Для расчетов их значения принято округлять до целых:

$Ar(C) = 12$

$Ar(H) = 1$

2. Рассчитаем относительную молекулярную массу этена $C_2H_4$. Она равна сумме масс всех атомов, входящих в состав молекулы:

$Mr(C_2H_4) = 2 \cdot Ar(C) + 4 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 24 + 4 = 28$

3. Теперь можем рассчитать массовую долю углерода в этенe. В одной молекуле $C_2H_4$ содержится 2 атома углерода:

$\omega(C) = \frac{2 \cdot Ar(C)}{Mr(C_2H_4)} \cdot 100\% = \frac{2 \cdot 12}{28} \cdot 100\% = \frac{24}{28} \cdot 100\%$

Упростим дробь и вычислим значение:

$\frac{24}{28} = \frac{6}{7} \approx 0,8571$

$\omega(C) \approx 0,8571 \cdot 100\% \approx 85,7\%$

Ответ: массовая доля углерода в углеводороде $C_2H_4$ составляет примерно 85,7%.