Страница 94 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

12. Установите соответствие между веществом и его характеристикой.

ВЕЩЕСТВО

А) фруктоза

Б) глюкоза

ХАРАКТЕРИСТИКА ВЕЩЕСТВА

1) вступает в реакцию «серебряного зеркала»

2) подвергается гидролизу

3) относится к моносахаридам

4) является многоатомным спиртом

5) содержится в крови человека

Для правильного установления соответствия необходимо проанализировать свойства каждого вещества и сравнить их с предложенными характеристиками.

А) фруктоза

Фруктоза — это моносахарид с химической формулой $C_6H_{12}O_6$, изомер глюкозы. Рассмотрим предложенные характеристики:

• 1) вступает в реакцию «серебряного зеркала»: Да. Хотя фруктоза является кетоспиртом (содержит кетогруппу), а реакция «серебряного зеркала» качественная на альдегиды, в щелочной среде реактива Толленса происходит изомеризация фруктозы в альдозы (глюкозу и маннозу), которые и реагируют.
• 2) подвергается гидролизу: Нет. Фруктоза — моносахарид, она не гидролизуется.
• 3) относится к моносахаридам: Да. Это ее классификация по строению.
• 4) является многоатомным спиртом: Да. В ее молекуле содержится пять гидроксильных групп.
• 5) содержится в крови человека: Не является основной характеристикой. Основной сахар крови — глюкоза.

Для фруктозы верны характеристики 1, 3 и 4. Так как характеристики 3 и 4 являются общими для обоих предложенных веществ, а характеристика 5 однозначно относится к глюкозе, для фруктозы наиболее подходящей является характеристика 1. Она описывает важное химическое свойство, примечательное тем, что кетоза дает положительную реакцию на альдегидную группу.

Ответ: 1

Б) глюкоза

Глюкоза — это моносахарид с той же химической формулой $C_6H_{12}O_6$, что и фруктоза. Она является альдегидоспиртом. Рассмотрим характеристики:

• 1) вступает в реакцию «серебряного зеркала»: Да. Наличие альдегидной группы в ее молекуле обуславливает положительную реакцию.
• 2) подвергается гидролизу: Нет. Глюкоза — моносахарид.
• 3) относится к моносахаридам: Да.
• 4) является многоатомным спиртом: Да, содержит пять гидроксильных групп.
• 5) содержится в крови человека: Да. Это самая специфическая и известная характеристика глюкозы. Глюкоза является основным углеводом в крови, и ее уровень — важный биохимический показатель.

Для глюкозы верны характеристики 1, 3, 4 и 5. Из всех перечисленных свойств наиболее уникальным и специфичным для глюкозы является ее биологическая роль как основного сахара в крови человека. Поэтому эта характеристика является наилучшим выбором для установления соответствия.

Ответ: 5

Задания с развёрнутым ответом

13. Подвергается ли сахароза гидролизу в стакане сладкого чая с лимоном? Как это проверить?

Решение

Да, сахароза в стакане сладкого чая с лимоном подвергается гидролизу. Сахароза ($C_{12}H_{22}O_{11}$) является дисахаридом, который может расщепляться на составляющие его моносахариды (глюкозу и фруктозу) под действием воды в присутствии катализатора. В данном случае катализаторами выступают:

1. Лимонная кислота, содержащаяся в лимоне. Она создает кислую среду (ионы $H^+$), которая катализирует реакцию гидролиза.
2. Высокая температура горячего чая, которая значительно ускоряет эту реакцию.

Уравнение реакции гидролиза сахарозы выглядит следующим образом:

$C_{12}H_{22}O_{11} \text{ (сахароза)} + H_2O \xrightarrow{H^+, t^\circ} C_6H_{12}O_6 \text{ (глюкоза)} + C_6H_{12}O_6 \text{ (фруктоза)}$

Проверить протекание этой реакции можно с помощью качественной реакции на альдегидную группу, которую содержат продукты гидролиза (глюкоза является альдозоспиртом, а фруктоза в щелочной среде изомеризуется в глюкозу). Сама сахароза является невосстанавливающим сахаром и не дает положительной реакции.

Для проверки необходимо провести следующий эксперимент:

1. Взять пробу чая с сахаром и лимоном. Поскольку реактив для обнаружения альдегидной группы (гидроксид меди(II)) требует щелочной среды, необходимо сначала нейтрализовать лимонную кислоту, добавив в пробу немного раствора щелочи или пищевой соды ($NaHCO_3$).
2. Добавить к пробе несколько капель раствора сульфата меди(II) ($CuSO_4$) и избыток раствора щелочи (например, $NaOH$). Образуется ярко-синий осадок гидроксида меди(II) ($Cu(OH)_2$), который тут же растворится, образуя прозрачный раствор синего цвета (признак многоатомных спиртов).
3. Нагреть полученный раствор. Если гидролиз произошел, то в растворе присутствуют глюкоза и фруктоза. Они вступят в реакцию с гидроксидом меди(II), восстанавливая медь $Cu^{2+}$ до $Cu^{1+}$. При этом цвет раствора изменится, и выпадет характерный осадок оксида меди(I) ($Cu_2O$) кирпично-красного цвета.

Уравнение реакции окисления глюкозы гидроксидом меди(II):

$C_5H_{11}O_5-CHO + 2Cu(OH)_2 \xrightarrow{t^\circ} C_5H_{11}O_5-COOH \text{ (глюконовая кислота)} + Cu_2O\downarrow + 2H_2O$

Если провести такой же опыт с раствором сахара в воде без лимона, то при нагревании цвет раствора не изменится, что докажет отсутствие гидролиза в нейтральной среде при тех же условиях.

Ответ: Да, сахароза подвергается гидролизу в чае с лимоном, так как лимонная кислота и высокая температура являются катализаторами этого процесса. Проверить это можно с помощью качественной реакции на восстанавливающие сахара (глюкозу и фруктозу), которые являются продуктами гидролиза. Например, при добавлении к чаю с лимоном гидроксида меди(II) и последующем нагревании будет наблюдаться образование кирпично-красного осадка оксида меди(I), что свидетельствует о протекании гидролиза.

14. При гидролизе древесины массой 260 кг с массовой долей целлюлозы 50 % получили глюкозу массой 40 кг. Вычислите массовую долю выхода глюкозы.

Дано:
Масса древесины, $m(древесины) = 260$ кг
Массовая доля целлюлозы в древесине, $\omega(целлюлозы) = 50 \% = 0.5$
Практическая масса полученной глюкозы, $m_{практ.}(глюкозы) = 40$ кг

Все данные уже представлены в единицах Международной системы единиц (СИ) или являются безразмерными величинами.

Найти:
Массовую долю выхода глюкозы, $\eta(глюкозы) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции гидролиза целлюлозы. Целлюлоза — это полисахарид, элементарное звено которого имеет формулу $C_6H_{10}O_5$. В ходе полного гидролиза из каждого элементарного звена целлюлозы образуется одна молекула глюкозы $C_6H_{12}O_6$.
Уравнение реакции в общем виде:
$(C_6H_{10}O_5)_n + nH_2O \xrightarrow{H^+} nC_6H_{12}O_6$
Для стехиометрических расчетов мы можем использовать соотношение масс элементарного звена целлюлозы и молекулы глюкозы.

2. Найдем массу чистой целлюлозы, которая вступила в реакцию.
$m(целлюлозы) = m(древесины) \times \omega(целлюлозы)$
$m(целлюлозы) = 260 \text{ кг} \times 0.5 = 130$ кг

3. Рассчитаем молярные массы элементарного звена целлюлозы $(C_6H_{10}O_5)$ и глюкозы $(C_6H_{12}O_6)$, используя атомные массы элементов: $Ar(C)=12$, $Ar(H)=1$, $Ar(O)=16$.
$M(C_6H_{10}O_5) = 6 \times 12 + 10 \times 1 + 5 \times 16 = 72 + 10 + 80 = 162$ г/моль (или 162 кг/кмоль).
$M(C_6H_{12}O_6) = 6 \times 12 + 12 \times 1 + 6 \times 16 = 72 + 12 + 96 = 180$ г/моль (или 180 кг/кмоль).

4. Вычислим теоретически возможную массу глюкозы $(m_{теор.})$, которую можно получить из 130 кг целлюлозы. Согласно уравнению реакции, из 162 единиц массы целлюлозы образуется 180 единиц массы глюкозы. Составим пропорцию:
$\frac{m(целлюлозы)}{M(C_6H_{10}O_5)} = \frac{m_{теор.}(глюкозы)}{M(C_6H_{12}O_6)}$
$m_{теор.}(глюкозы) = \frac{m(целлюлозы) \times M(C_6H_{12}O_6)}{M(C_6H_{10}O_5)}$
$m_{теор.}(глюкозы) = \frac{130 \text{ кг} \times 180 \text{ кг/кмоль}}{162 \text{ кг/кмоль}} = \frac{23400}{162} \text{ кг} \approx 144.44$ кг

5. Вычислим массовую долю выхода глюкозы $(\eta)$, которая равна отношению практически полученной массы к теоретически возможной массе, выраженному в процентах.
$\eta = \frac{m_{практ.}(глюкозы)}{m_{теор.}(глюкозы)} \times 100\%$
$\eta = \frac{40 \text{ кг}}{144.44 \text{ кг}} \times 100\% \approx 27.69\%$
Округлим результат до десятых.
$\eta \approx 27.7\%$
Ответ: массовая доля выхода глюкозы составляет 27.7%.

1. Общая формула предельных аминов

1) $C_nH_{2n+1}N$

2) $C_nH_{2n}NH_2$

3) $C_nH_{2n+3}N$

4) $C_nH_{2n-1}NH_2$

Решение

Предельными (насыщенными) аминами называют органические производные аммиака ($NH_3$), в молекуле которого один, два или три атома водорода замещены на предельные углеводородные радикалы (алкильные группы). Все связи в таких молекулах являются одинарными.

Общая формула гомологического ряда предельных углеводородов (алканов) — $C_nH_{2n+2}$.

Для образования простейшего (первичного) предельного амина необходимо заменить один атом водорода в молекуле алкана на аминогруппу ($-NH_2$). При этом от молекулы алкана отщепляется один атом водорода, образуя алкильный радикал с общей формулой $C_nH_{2n+1}$, который соединяется с аминогруппой.

Формула первичного амина будет выглядеть так: $C_nH_{2n+1}NH_2$.

Чтобы получить общую молекулярную формулу для всех предельных аминов (первичных, вторичных и третичных), необходимо сложить все атомы в этой записи:

• Число атомов углерода (C): $n$
• Число атомов водорода (H): $(2n+1) + 2 = 2n+3$
• Число атомов азота (N): $1$

Таким образом, общая молекулярная формула для предельных аминов (моноаминов) имеет вид: $C_nH_{2n+3}N$.

Эта формула верна для любого типа предельных аминов (первичных, вторичных, третичных), где $n$ — это общее число атомов углерода в молекуле.

Например:

• Первичный амин: этиламин $C_2H_5NH_2$. Молекулярная формула $C_2H_7N$. При $n=2$ общая формула дает $C_2H_{2 \cdot 2+3}N = C_2H_7N$.
• Вторичный амин: диметиламин $(CH_3)_2NH$. Молекулярная формула $C_2H_7N$. Общее число атомов углерода $n=2$. Общая формула дает $C_2H_{2 \cdot 2+3}N = C_2H_7N$.
• Третичный амин: триметиламин $(CH_3)_3N$. Молекулярная формула $C_3H_9N$. Общее число атомов углерода $n=3$. Общая формула дает $C_3H_{2 \cdot 3+3}N = C_3H_9N$.

Сравнивая полученный результат с предложенными вариантами, мы видим, что он соответствует варианту под номером 3.

Ответ: 3) $C_nH_{2n+3}N$

2. Укажите формулу изомера пропиламина.

1) $CH_3\text{—}CH_2\text{—}CH_2\text{—}NH_2$

2) $CH_3\text{—}NH\text{—}CH_2\text{—}CH_3$

3) $NH_2\text{—}CH_2\text{—}CH_2\text{—}CH_3$

4) $CH_3\text{—}CH_2\text{—}NH_2$

Изомеры – это вещества, имеющие одинаковую молекулярную формулу, но разное химическое строение и, как следствие, разные свойства.

Сначала определим молекулярную формулу пропиламина. Пропиламин (также известный как пропан-1-амин) имеет структурную формулу $CH_3-CH_2-CH_2-NH_2$. Его молекулярная формула – $C_3H_9N$, так как в молекуле содержатся 3 атома углерода (C), 9 атомов водорода (H) и 1 атом азота (N).

Теперь проанализируем каждый из предложенных вариантов, чтобы найти соединение с такой же молекулярной формулой ($C_3H_9N$), но с другим строением.

1) $CH_3-CH_2-CH_2-NH_2$
Это пропан-1-амин. Его молекулярная формула $C_3H_9N$. Это и есть исходное вещество, а не его изомер.

2) $CH_3-NH-CH_2-CH_3$
Это N-метилэтиламин. Подсчитаем его молекулярную формулу: C: 1+2=3, H: 3+1+2+3=9, N: 1. Формула – $C_3H_9N$. Так как молекулярные формулы совпадают, а строение различается (это вторичный амин, в отличие от первичного пропиламина), это соединение является изомером пропиламина (изомерия аминов, связанная с разным строением углеводородного радикала у атома азота).

3) $NH_2-CH_2-CH_2-CH_3$
Это та же молекула, что и в варианте 1, просто записанная с другого конца цепи. Это пропан-1-амин.

4) $CH_3-CH_2-NH_2$
Это этиламин. Его молекулярная формула $C_2H_7N$. Она не совпадает с формулой пропиламина, следовательно, это не изомер, а гомолог.

Таким образом, формула изомера пропиламина представлена в варианте 2.

Ответ: 2

3. Реакция получения анилина из нитробензола была открыта

1) А. Н. Зайцевым

2) Н. Н. Зининым

3) Н. Д. Зелинским

4) М. Г. Кучеровым

Реакция получения анилина из нитробензола была открыта в 1842 году русским химиком-органиком Николаем Николаевичем Зининым. Это открытие, известное как реакция Зинина, имело огромное научное и промышленное значение, так как оно заложило основы для промышленного производства синтетических красителей, лекарств и взрывчатых веществ.

Суть реакции заключается в восстановлении ароматических нитросоединений до соответствующих аминов. В своем первоначальном варианте Н. Н. Зинин использовал в качестве восстановителя сульфид аммония $(NH_4)_2S$. Уравнение реакции восстановления нитробензола ($C_6H_5NO_2$) до анилина ($C_6H_5NH_2$) выглядит следующим образом: $C_6H_5NO_2 + 3(NH_4)_2S \rightarrow C_6H_5NH_2 + 6NH_3 + 3S + 2H_2O$

Эта реакция стала общим методом получения ароматических аминов и сыграла ключевую роль в развитии органической химии.

Другие ученые, перечисленные в вариантах ответа, внесли вклад в другие области химии:

• А. Н. Зайцев сформулировал правило, описывающее направление реакции элиминирования (отщепления) в органических соединениях (правило Зайцева).
• Н. Д. Зелинский известен своими работами в области катализа, в частности, каталитической ароматизации нефти, а также изобретением угольного противогаза.
• М. Г. Кучеров открыл реакцию гидратации ацетиленовых углеводородов в присутствии солей ртути (реакция Кучерова), которая используется для получения альдегидов и кетонов.

Следовательно, автором реакции получения анилина из нитробензола является Н. Н. Зинин.

Ответ: 2

4. Верны ли утверждения?

А. Метиламин — это производное аммиака, в котором один атом водорода замещён метильной группой.

Б. Метиламин — это производное метана, в котором один атом водорода замещён аминогруппой.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Для того чтобы определить, верны ли предложенные утверждения, необходимо проанализировать строение молекулы метиламина с двух разных классификационных подходов.

Химическая формула метиламина — $CH_3NH_2$.

А. Метиламин — это производное аммиака, в котором один атом водорода замещён метильной группой.

Молекула аммиака имеет химическую формулу $NH_3$. В органической химии амины рассматриваются как производные аммиака, у которого один или несколько атомов водорода замещены на углеводородные радикалы. Если в молекуле аммиака ($NH_3$) заместить один атом водорода на метильную группу (радикал $-CH_3$), то получится соединение с формулой $CH_3NH_2$. Это и есть метиламин. Следовательно, утверждение А является верным.

Б. Метиламин — это производное метана, в котором один атом водорода замещён аминогруппой.

Молекула метана имеет химическую формулу $CH_4$. С другой точки зрения, органические соединения можно рассматривать как производные углеводородов. Если в молекуле метана ($CH_4$) один атом водорода заместить на аминогруппу (функциональная группа $-NH_2$), то также получится соединение с формулой $CH_3NH_2$, что соответствует метиламину. Следовательно, утверждение Б также является верным.

Оба утверждения представляют собой корректные способы описания строения метиламина. Таким образом, оба утверждения верны.

Ответ: 3