Страница 98 - гдз по химии 10 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. Установите соответствие между исходными веществами и органическим продуктом их взаимодействия.

ИСХОДНЫЕ ВЕЩЕСТВА

А) $C_2H_5—NH_2$ и $H_2O$
Б) $C_6H_5—NH_2$ и $Br_2$
В) $CH_3—Br$ и $NH_3$

ПРОДУКТ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ

1) $CH_3—NH_2$
2) $[C_2H_5—NH_3]OH$
3) $C_6H_5Br$
4) $C_2H_5OH$
5) $C_6H_2Br_3NH_2$

А) Этиламин ($C_2H_5-NH_2$) является органическим основанием. При взаимодействии с водой он, подобно аммиаку, обратимо реагирует с ней, присоединяя протон от молекулы воды. В результате образуется ион этиламмония ($[C_2H_5-NH_3]^+$) и гидроксид-ион ($OH^-$). Продуктом является гидроксид этиламмония. Уравнение реакции:
$C_2H_5-NH_2 + H_2O \rightleftharpoons [C_2H_5-NH_3]OH$
Данному взаимодействию соответствует продукт под номером 2.
Ответ: 2

Б) Анилин ($C_6H_5-NH_2$) вступает в реакцию электрофильного замещения с бромной водой ($Br_2$). Аминогруппа ($-NH_2$) является сильным активатором бензольного кольца и орто-, пара-ориентантом. Поэтому реакция идет легко, без катализатора, и замещение происходит сразу в трех положениях (в двух орто- и одном пара-положении). В результате образуется 2,4,6-триброманилин, который выпадает в виде белого осадка. Уравнение реакции:
$C_6H_5-NH_2 + 3Br_2 \rightarrow C_6H_2Br_3NH_2 \downarrow + 3HBr$
Данному взаимодействию соответствует продукт под номером 5.
Ответ: 5

В) Взаимодействие галогеналкана, в данном случае бромметана ($CH_3-Br$), с аммиаком ($NH_3$) является реакцией нуклеофильного замещения, известной как реакция Гофмана. Молекула аммиака, являясь нуклеофилом, атакует атом углерода в молекуле бромметана. В результате реакции образуется первичный амин - метиламин. Реакция обычно проводится с избытком аммиака, чтобы предотвратить дальнейшее алкилирование амина. Суммарное уравнение реакции:
$CH_3-Br + 2NH_3 \rightarrow CH_3-NH_2 + NH_4Br$
Основным органическим продуктом является метиламин. Данному взаимодействию соответствует продукт под номером 1.
Ответ: 1

Задания с развёрнутым ответом

12. Лаборант закончил проведение опытов с анилином. Чем лучше ему мыть использованную химическую посуду: водой, раствором щёлочи или раствором соляной кислоты? Объясните свой ответ.

Для того чтобы эффективно отмыть химическую посуду от анилина, необходимо выбрать такое моющее средство, которое вступит с ним в химическую реакцию с образованием хорошо растворимого в воде продукта. Рассмотрим предложенные варианты.

Анилин ($C_6H_5NH_2$) — это органическое соединение, которое является слабым основанием и плохо растворяется в воде. Это маслянистая жидкость, оставляющая на посуде жирные следы.

1. Мытьё водой. Поскольку анилин плохо растворим в воде, простое ополаскивание водой будет неэффективным и не позволит полностью удалить вещество со стенок посуды.

2. Мытьё раствором щёлочи. Анилин сам проявляет основные свойства, хотя и очень слабые. Основания не реагируют с другими основаниями (щелочами). Следовательно, раствор щёлочи не будет взаимодействовать с анилином, и его моющая способность в данном случае будет не выше, чем у обычной воды.

3. Мытьё раствором соляной кислоты. Анилин, как основание, реагирует с кислотами. При взаимодействии с соляной кислотой ($HCl$) происходит реакция нейтрализации, в результате которой образуется соль — хлорид фениламмония:

$C_6H_5NH_2 + HCl \rightarrow [C_6H_5NH_3]^+Cl^-$

Хлорид фениламмония является солью и, в отличие от исходного анилина, хорошо растворим в воде. Образовавшееся растворимое соединение легко смывается со стенок посуды обычной водой.

Таким образом, использование раствора соляной кислоты является наиболее эффективным способом.

Ответ: Лучше всего мыть использованную химическую посуду раствором соляной кислоты. Это связано с тем, что анилин является слабым основанием и плохо растворим в воде. Соляная кислота реагирует с анилином, образуя хорошо растворимую в воде соль — хлорид фениламмония, которую затем легко смыть водой. Мытьё просто водой неэффективно из-за плохой растворимости анилина, а раствор щёлочи не будет с ним реагировать, так как оба вещества являются основаниями.

13. Определите массу нитробензола, необходимого для получения 186 г анилина, если выход продукта составляет 75 % от теоретического.

Дано:

$m_{практ}(C₆H₅NH₂) = 186 \text{ г}$
$η = 75 \% = 0.75$

Данные представлены во внесистемных единицах, удобных для химических расчетов, поэтому перевод в СИ не требуется.

Найти:

$m(C₆H₅NO₂) - ?$

Решение:

1. Запишем уравнение реакции получения анилина из нитробензола (реакция Зинина):
$C₆H₅NO₂ + 6[H] \xrightarrow{Fe, HCl} C₆H₅NH₂ + 2H₂O$

2. Практический выход анилина составляет 186 г, что равно 75% от теоретически возможного. Сначала определим массу анилина, которая была бы получена при 100% выходе реакции (теоретическая масса).
Выход продукта ($η$) рассчитывается по формуле: $η = \frac{m_{практ}}{m_{теор}}$
Из этой формулы выразим теоретическую массу анилина:
$m_{теор}(C₆H₅NH₂) = \frac{m_{практ}(C₆H₅NH₂)}{η} = \frac{186 \text{ г}}{0.75} = 248 \text{ г}$

3. Рассчитаем молярные массы реагента (нитробензола, $C₆H₅NO₂$) и продукта (анилина, $C₆H₅NH₂$). Используем относительные атомные массы: $Ar(C)=12$, $Ar(H)=1$, $Ar(N)=14$, $Ar(O)=16$.
$M(C₆H₅NH₂) = 6 \cdot 12 + 7 \cdot 1 + 14 = 93 \text{ г/моль}$
$M(C₆H₅NO₂) = 6 \cdot 12 + 5 \cdot 1 + 14 + 2 \cdot 16 = 123 \text{ г/моль}$

4. Найдем количество вещества (число молей) анилина, соответствующее теоретической массе.
$n_{теор}(C₆H₅NH₂) = \frac{m_{теор}(C₆H₅NH₂)}{M(C₆H₅NH₂)} = \frac{248 \text{ г}}{93 \text{ г/моль}} = \frac{8}{3} \text{ моль} ≈ 2.667 \text{ моль}$

5. Согласно стехиометрии уравнения реакции, для получения 1 моль анилина требуется 1 моль нитробензола. Следовательно, их количества вещества равны:
$n(C₆H₅NO₂) = n_{теор}(C₆H₅NH₂) = \frac{8}{3} \text{ моль}$

6. Рассчитаем массу нитробензола, необходимого для реакции.
$m(C₆H₅NO₂) = n(C₆H₅NO₂) \cdot M(C₆H₅NO₂) = \frac{8}{3} \text{ моль} \cdot 123 \text{ г/моль} = 328 \text{ г}$

Ответ: масса нитробензола, необходимого для получения 186 г анилина, составляет 328 г.

1. К аминам относится вещество, формула которого

1) $C_2H_5NO_2$

2) $CH_3NH_2$

3) $NH_3$

4) $NH_4NO_2$

Решение

Амины — это органические производные аммиака ($NH_3$), в молекулах которых один, два или три атома водорода замещены на углеводородные радикалы. Общая формула первичного амина — $R-NH_2$, где $R$ — углеводородный радикал.

Рассмотрим каждый из предложенных вариантов:

1) $C_2H_5NO_2$ — данная молекулярная формула может соответствовать разным классам соединений. Например, это может быть нитроэтан ($CH_3CH_2NO_2$), который относится к нитросоединениям, или аминоуксусная кислота ($NH_2CH_2COOH$), которая относится к аминокислотам. Ни одно из них не является просто амином.

2) $CH_3NH_2$ — это метиламин. Его молекула состоит из метильного радикала ($CH_3-$), связанного с аминогруппой ($-NH_2$). Это вещество является производным аммиака, в котором один атом водорода замещен на углеводородный радикал. Следовательно, метиламин — это первичный амин.

3) $NH_3$ — это аммиак. Аммиак является неорганическим соединением и родоначальником класса аминов, но сам к ним не относится, так как не содержит углеводородных радикалов.

4) $NH_4NO_2$ — это нитрит аммония. Данное вещество является неорганической солью, состоящей из катиона аммония ($NH_4^+$) и нитрит-аниона ($NO_2^-$). К классу аминов оно не относится.

Таким образом, единственным веществом, которое относится к классу аминов, является метиламин.

Ответ: 2

2. Укажите формулу изомера этиламина.

1) $CH_3—NH_2$

2) $CH_3—NH—CH_3$

3) $NH_2—CH_2—CH_3$

4) $CH_3—CH_2—NH_2$

Решение

Для того чтобы найти изомер этиламина, необходимо выполнить следующие шаги:

1. Определить структурную и молекулярную формулу этиламина.
2. Вспомнить определение изомеров.
3. Проверить каждый из предложенных вариантов на соответствие определению изомера по отношению к этиламину.

1. Этиламин — это первичный амин, содержащий этильный радикал ($-C_2H_5$). Его структурная формула: $CH_3-CH_2-NH_2$.
Определим его молекулярную (брутто) формулу, посчитав количество атомов каждого элемента:

• Атомов углерода (C): 2
• Атомов водорода (H): 3 + 2 + 2 = 7
• Атомов азота (N): 1

Таким образом, молекулярная формула этиламина — $C_2H_7N$.

2. Изомеры — это вещества, имеющие одинаковую молекулярную формулу (одинаковый качественный и количественный состав), но разное химическое строение и, как следствие, разные свойства.

3. Теперь проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) $CH_3-NH_2$
Это метиламин. Его молекулярная формула $CH_5N$ (1 атом углерода, 5 атомов водорода, 1 атом азота). Поскольку молекулярная формула отличается от формулы этиламина ($C_2H_7N$), это соединение не является его изомером.

2) $CH_3-NH-CH_3$
Это диметиламин. Его молекулярная формула $C_2H_7N$ (2 атома углерода, 3+1+3=7 атомов водорода, 1 атом азота). Молекулярная формула совпадает с формулой этиламина. При этом строение молекул различается: этиламин является первичным амином (аминогруппа $-NH_2$ связана с одним углеводородным радикалом), а диметиламин — вторичным амином (атом азота связан с двумя углеводородными радикалами). Следовательно, диметиламин является изомером этиламина (этот вид изомерии называется метамерией).

3) $NH_2-CH_2-CH_3$
Это та же самая молекула этиламина, просто записанная в обратном порядке. Ее структурная формула идентична $CH_3-CH_2-NH_2$. Вещество не может быть изомером самому себе.

4) $CH_3-CH_2-NH_2$
Это и есть структурная формула этиламина. Вещество не может быть изомером самому себе.

Из всех предложенных вариантов только диметиламин имеет ту же молекулярную формулу, что и этиламин ($C_2H_7N$), но отличается по строению.

Ответ: 2

3. Верны ли утверждения?

А. Амины — органические вещества, содержащие атомы азота.

Б. Анилин и фенол — ароматические органические соединения.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба утверждения верны

4) оба утверждения неверны

Решение

Для определения правильного ответа необходимо последовательно проанализировать каждое из представленных утверждений.

А. Амины — органические вещества, содержащие атомы азота.

Это утверждение является верным. По определению, амины — это органические производные аммиака ($NH_3$), в молекуле которого один или несколько атомов водорода замещены углеводородными радикалами. Следовательно, наличие атома азота является обязательным и определяющим признаком для класса аминов. Примерами могут служить метиламин ($CH_3NH_2$) и диэтиламин ($(C_2H_5)_2NH$).

Б. Анилин и фенол — ароматические органические соединения.

Это утверждение также является верным. Ароматическими называют органические соединения, в молекулах которых присутствует одна или несколько плоских циклических систем с сопряженными $\pi$-связями, подчиняющихся правилу Хюккеля. Простейшим и наиболее распространенным примером является бензольное кольцо.

• Анилин имеет химическую формулу $C_6H_5NH_2$. Его молекула состоит из бензольного кольца, к которому присоединена аминогруппа ($-NH_2$). Наличие бензольного кольца однозначно относит анилин к ароматическим соединениям.
• Фенол имеет химическую формулу $C_6H_5OH$. Его молекула состоит из бензольного кольца, связанного напрямую с гидроксильной группой ($-OH$). Наличие бензольного кольца относит фенол к ароматическим соединениям.

Поскольку и анилин, и фенол содержат в своей структуре бензольное кольцо, оба они являются ароматическими органическими соединениями.

Так как оба утверждения (А и Б) верны, следует выбрать вариант ответа, который подтверждает истинность обоих утверждений.

Ответ: 3) оба утверждения верны