Страница 81 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

12. Установите соответствие между веществом и его формулой.

ВЕЩЕСТВО

А) мыло

В) карбоновая кислота

Б) жир

ФОРМУЛА ВЕЩЕСТВА

1) $CH_3COOK$

2) $C_{16}H_{33}COONa$

3) $C_{17}H_{35}COOH$

4) $CH_2OCOCH_3$

|

$CHOCOCH_3$

|

$CH_2OCOC_2H_5$

5) $CH_2OCOC_{16}H_{31}$

|

$CHOCOC_{17}H_{35}$

|

$CH_2OCOC_{16}H_{33}$

А) мыло

Мыла представляют собой соли высших карбоновых (жирных) кислот и щелочных металлов (натрия или калия). Общая формула мыла $R-COOM$, где $R$ — длинный углеводородный радикал, а $M$ — атом щелочного металла.

Рассмотрим предложенные формулы:

1. $CH_3COOK$ — ацетат калия, соль уксусной кислоты. Уксусная кислота не является высшей карбоновой кислотой.
2. $C_{16}H_{33}COONa$ — гептадеканоат натрия. Это натриевая соль высшей карбоновой (гептадекановой) кислоты, что соответствует определению мыла.
3. $C_{17}H_{35}COOH$ — стеариновая кислота, это карбоновая кислота, а не ее соль.
4. Структура под номером 4 является сложным эфиром (триглицеридом).
5. Структура под номером 5 является сложным эфиром (жиром).

Таким образом, формула, соответствующая мылу, находится под номером 2.

Ответ: 2

Б) жир

Жиры — это сложные эфиры трехатомного спирта глицерина и высших карбоновых кислот. Их также называют триглицеридами.

Рассмотрим предложенные формулы:

1. $CH_3COOK$ — соль.
2. $C_{16}H_{33}COONa$ — мыло (соль).
3. $C_{17}H_{35}COOH$ — карбоновая кислота.
4. $\begin{smallmatrix} CH_2OCOCH_3 \\ | \\ CHOCOCH_3 \\ | \\ CH_2OCOC_2H_5 \end{smallmatrix}$ — это триглицерид, сложный эфир глицерина и кислот с короткими цепями (уксусной и пропионовой). Хотя по структуре это жир, обычно под природными жирами понимают эфиры высших кислот.
5. $\begin{smallmatrix} CH_2OCOC_{16}H_{31} \\ | \\ CHOCOC_{17}H_{35} \\ | \\ CH_2OCOC_{16}H_{33} \end{smallmatrix}$ — это смешанный триглицерид, сложный эфир глицерина и остатков высших карбоновых кислот (стеариновой, гептадекановой и гептадеценовой). Эта формула является типичным примером природного жира.

Следовательно, наиболее подходящей формулой для жира является формула под номером 5.

Ответ: 5

В) карбоновая кислота

Карбоновые кислоты — это органические соединения, содержащие одну или несколько карбоксильных групп $-COOH$.

Рассмотрим предложенные формулы:

1. $CH_3COOK$ — соль.
2. $C_{16}H_{33}COONa$ — мыло (соль).
3. $C_{17}H_{35}COOH$ — стеариновая кислота. Это соединение содержит характеристическую карбоксильную группу $-COOH$ и является высшей карбоновой кислотой.
4. Структура под номером 4 является сложным эфиром.
5. Структура под номером 5 является жиром (сложным эфиром).

Формула, соответствующая карбоновой кислоте, находится под номером 3.

Ответ: 3

13. Напишите структурные формулы этилового эфира уксусной кислоты и масляной кислоты. Чем по отношению друг к другу являются эти вещества? Аргументируйте свой ответ.

Решение
Структурная формула этилового эфира уксусной кислоты (этилацетата), который является сложным эфиром, образованным остатком уксусной кислоты и этильной группой, выглядит следующим образом:
$CH_3-COO-CH_2-CH_3$

Структурная формула масляной (бутановой) кислоты, которая является одноосновной карбоновой кислотой с четырьмя атомами углерода, такова:
$CH_3-CH_2-CH_2-COOH$

Чтобы определить, чем являются эти вещества по отношению друг к другу, найдем их молекулярные формулы, подсчитав количество атомов каждого элемента.
Для этилацетата ($CH_3COOC_2H_5$): 4 атома углерода (C), 8 атомов водорода (H) и 2 атома кислорода (O). Молекулярная формула: $C_4H_8O_2$.
Для масляной кислоты ($C_3H_7COOH$): 4 атома углерода (C), 8 атомов водорода (H) и 2 атома кислорода (O). Молекулярная формула: $C_4H_8O_2$.

Вещества, имеющие одинаковый качественный и количественный состав (то есть одинаковую молекулярную формулу), но разное химическое строение и, как следствие, разные свойства, называются изомерами. Поскольку этиловый эфир уксусной кислоты и масляная кислота имеют одинаковую молекулярную формулу ($C_4H_8O_2$), но разное строение и принадлежат к разным классам органических соединений, они являются изомерами. Этилацетат содержит сложноэфирную функциональную группу ($-COO-$) и относится к классу сложных эфиров, а масляная кислота — карбоксильную функциональную группу ($-COOH$) и относится к классу карбоновых кислот. Такой вид структурной изомерии называется межклассовой изомерией.

Ответ: Структурная формула этилового эфира уксусной кислоты: $CH_3-COO-CH_2-CH_3$. Структурная формула масляной кислоты: $CH_3-CH_2-CH_2-COOH$. Эти вещества являются друг для друга межклассовыми изомерами, так как имеют одинаковую молекулярную формулу $C_4H_8O_2$, но разное строение и относятся к разным классам органических соединений (сложные эфиры и карбоновые кислоты).

14. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

метан $ \rightarrow $ ацетилен $ \rightarrow $ этаналь $ \rightarrow $ этановая кислота $ \rightarrow $ метиловый эфир этановой кислоты

Для осуществления данной цепочки превращений необходимо провести следующие реакции:

1. метан → ацетилен

Получение ацетилена из метана проводят путем пиролиза (термического разложения) метана при высокой температуре (около $1500^\circ \text{C}$). Это промышленный способ получения ацетилена.

Ответ: $2CH_4 \xrightarrow{1500^\circ \text{C}} C_2H_2 \uparrow + 3H_2 \uparrow$

2. ацетилен → этаналь

Следующий этап — гидратация ацетилена в присутствии катализатора — солей ртути(II) ($Hg^{2+}$) в кислой среде. Эта именная реакция называется реакцией Кучерова. В результате образуется уксусный альдегид (этаналь).

Ответ: $C_2H_2 + H_2O \xrightarrow{HgSO_4, H_2SO_4} CH_3CHO$

3. этаналь → этановая кислота

Этаналь, как и все альдегиды, легко окисляется до соответствующей карбоновой кислоты — этановой (уксусной) кислоты. Окисление можно провести различными окислителями, например, свежеосажденным гидроксидом меди(II) при нагревании. Это качественная реакция на альдегидную группу, при которой голубой осадок $Cu(OH)_2$ превращается в красный осадок $Cu_2O$.

Ответ: $CH_3CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t} CH_3COOH + Cu_2O \downarrow + 2H_2O$

4. этановая кислота → метиловый эфир этановой кислоты

Получение сложного эфира из кислоты и спирта называется реакцией этерификации. Для получения метилового эфира этановой кислоты (метилацетата) необходимо провести реакцию между этановой кислотой и метиловым спиртом (метанолом) в присутствии концентрированной серной кислоты в качестве катализатора и водоотнимающего средства. Реакция является обратимой.

Ответ: $CH_3COOH + CH_3OH \rightleftharpoons_{H_2SO_4, t} CH_3COOCH_3 + H_2O$

1. Карбоновой кислотой является вещество, формула которого

1) $H-C(=O)-H$

2) $CH_3-C(=O)-OH$

3) $H-C(=O)-CH_3$

4) $CH_3-C(=O)-OCH_3$

Решение

Карбоновые кислоты — это класс органических соединений, молекулы которых содержат одну или несколько функциональных карбоксильных групп $(–COOH)$. Карбоксильная группа состоит из карбонильной группы $(>C=O)$ и гидроксильной группы $(–OH)$, которые связаны с одним и тем же атомом углерода.

Рассмотрим предложенные варианты структурных формул:

1) $H-C(=O)-H$

Это вещество — формальдегид (метаналь). Оно содержит карбонильную группу $(>C=O)$, связанную с двумя атомами водорода. Такая функциональная группа $(–CHO)$ называется альдегидной. Следовательно, это альдегид.

2) $CH_3-C(=O)-OH$

Это вещество — уксусная кислота (этановая кислота). В его молекуле присутствует карбоксильная группа $(–COOH)$, состоящая из карбонильной группы и гидроксильной группы у одного атома углерода. Следовательно, это карбоновая кислота.

3) $H-C(=O)-CH_3$

Это вещество — ацетальдегид (этаналь). Оно содержит альдегидную группу $(–CHO)$, где карбонильный атом углерода связан с атомом водорода и метильной группой $(–CH_3)$. Следовательно, это альдегид.

4) $CH_3-C(=O)-O-CH_3$

Это вещество — метилацетат. Оно содержит сложноэфирную группу $(–COO–)$. Это представитель класса сложных эфиров.

Таким образом, единственным веществом, которое относится к классу карбоновых кислот, является соединение, представленное под номером 2.

Ответ: 2