Страница 30 - гдз по химии 10 класс учебник Рудзитис, Фельдман

1. Как распределены электроны по энергетическим уровням и подуровням в атоме углерода? Почему в атоме углерода возможно распаривание $2s$-электронов?

Как распределены электроны по энергетическим уровням и подуровням в атоме углерода?

Атом углерода (C) имеет порядковый номер 6 в периодической таблице химических элементов, следовательно, он содержит 6 протонов и 6 электронов. Распределение этих электронов по энергетическим уровням и подуровням в основном (невозбужденном) состоянии описывается электронной конфигурацией. Заполнение орбиталей происходит в соответствии с принципом наименьшей энергии, принципом Паули и правилом Хунда.

Электронная формула атома углерода в основном состоянии: $1s^2 2s^2 2p^2$.

Это означает, что:

• На первом энергетическом уровне ($n=1$), который состоит из одного $s$-подуровня, находятся 2 электрона ($1s^2$). Эти электроны спарены (имеют противоположные спины).
• На втором энергетическом уровне ($n=2$), который является внешним, находятся оставшиеся 4 электрона. Они распределены по двум подуровням:
  • На $2s$-подуровне находятся 2 спаренных электрона ($2s^2$).
  • На $2p$-подуровне находятся 2 неспаренных электрона ($2p^2$). Согласно правилу Хунда, эти два электрона занимают две разные $p$-орбитали ($p_x$ и $p_y$) и имеют одинаковый спин. Третья $p$-орбиталь ($p_z$) остается вакантной.

Графически (в виде орбитальной диаграммы) это можно представить так:
C: [He]
2p: [↑][↑][ ]
2s: [↑↓]
В основном состоянии атом углерода имеет 2 неспаренных электрона на внешнем уровне, что предполагает его валентность равной II.

Ответ: В основном состоянии электроны в атоме углерода распределены следующим образом: два электрона на первом энергетическом уровне ($1s^2$) и четыре электрона на втором ($2s^2 2p^2$). На внешнем уровне два электрона спарены на $2s$-подуровне, а два других являются неспаренными и занимают разные орбитали на $2p$-подуровне.

Почему в атоме углерода возможно распаривание 2s-электронов?

Распаривание $2s$-электронов в атоме углерода возможно благодаря его переходу в так называемое возбужденное состояние. Это происходит по следующим причинам:

1. Небольшая разница в энергиях: Энергетические подуровни $2s$ и $2p$ находятся близко друг к другу по энергии. Поэтому для перемещения одного электрона с $2s$-орбитали на вакантную $2p$-орбиталь требуется относительно небольшое количество энергии.
2. Энергетическая выгодность образования связей: Атом поглощает эту небольшую порцию энергии (энергию возбуждения) и переходит в состояние с электронной конфигурацией $1s^2 2s^1 2p^3$. В этом возбужденном состоянии ($C^*$) у атома углерода появляется четыре неспаренных электрона (один на $2s$-орбитали и три на $2p$-орбиталях). Это позволяет атому образовать четыре ковалентные связи вместо двух, возможных в основном состоянии. Энергия, которая выделяется при образовании четырех прочных связей, значительно превышает энергию, затраченную на возбуждение атома. Таким образом, образование четырехвалентного углерода в соединениях является энергетически очень выгодным процессом.

Графически переход в возбужденное состояние выглядит так:
Основное состояние $C$ ($1s^2 2s^2 2p^2$):
2p: [↑][↑][ ]
2s: [↑↓]
↓ (поглощение энергии)
Возбужденное состояние $C^*$ ($1s^2 2s^1 2p^3$):
2p: [↑][↑][↑]
2s: [↑]
Именно это состояние с четырьмя неспаренными электронами и объясняет характерную для углерода валентность IV в подавляющем большинстве его органических и неорганических соединений.

Ответ: Распаривание $2s$-электронов возможно, так как $2s$- и $2p$-подуровни близки по энергии. При поглощении небольшого количества энергии один $2s$-электрон переходит на свободную $2p$-орбиталь. В результате атом углерода получает четыре неспаренных электрона, что позволяет ему образовать четыре химические связи. Энергетический выигрыш от образования четырех связей компенсирует затраты энергии на возбуждение атома.

2. Изобразите структурные формулы метана и этана. Поясните, как образуются химические связи в молекулах этих веществ при перекрывании соответствующих электронных орбиталей.

Решение

Метан ($CH_4$) и этан ($C_2H_6$) являются предельными углеводородами (алканами), в молекулах которых атомы углерода находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации. Это означает, что одна s-орбиталь и три p-орбитали внешнего электронного слоя атома углерода смешиваются, образуя четыре равноценные гибридные орбитали, направленные к вершинам тетраэдра под углом $109.5^\circ$.

Метан ($CH_4$)

Структурная формула метана:

H
|
H — C — H
|
H

Образование химических связей:

В молекуле метана атом углерода находится в центре тетраэдра. Каждая из его четырех $sp^3$-гибридных орбиталей, на которой находится по одному электрону, перекрывается с $1s$-орбиталью атома водорода (на которой также находится один электрон). Это осевое перекрывание электронных орбиталей приводит к образованию четырех прочных одинарных ковалентных полярных связей, которые называются сигма-связями ($\sigma$-связями). Тип перекрывания для каждой связи $C-H$ — $sp^3-s$. В результате молекула метана имеет форму правильного тетраэдра, в центре которого находится атом углерода, а в вершинах — атомы водорода.

Ответ: Структурная формула метана — тетраэдрическая, атом углерода связан с четырьмя атомами водорода. Химические связи в молекуле метана ($C-H$) образуются в результате перекрывания четырех $sp^3$-гибридных орбиталей атома углерода с $1s$-орбиталями четырех атомов водорода, формируя четыре $\sigma$-связи.

Этан ($C_2H_6$)

Структурная формула этана:

H H
| |
H — C — C — H
| |
H H

Образование химических связей:

В молекуле этана оба атома углерода находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации. Связь между атомами углерода ($C-C$) образуется за счет осевого перекрывания одной $sp^3$-гибридной орбитали первого атома углерода с одной $sp^3$-гибридной орбиталью второго атома углерода. Это ковалентная неполярная $\sigma$-связь типа $sp^3-sp^3$.

У каждого атома углерода остаются по три $sp^3$-гибридные орбитали. Каждая из этих шести орбиталей (по три у каждого атома C) перекрывается с $1s$-орбиталью атома водорода. В результате образуются шесть ковалентных полярных $\sigma$-связей $C-H$ (тип перекрывания $sp^3-s$). Таким образом, в молекуле этана всего семь $\sigma$-связей: одна $C-C$ и шесть $C-H$. Каждый атом углерода сохраняет тетраэдрическую геометрию с валентными углами, близкими к $109.5^\circ$.

Ответ: Структурная формула этана изображена выше. Связь $C-C$ в этане является одинарной $\sigma$-связью, образованной перекрыванием двух $sp^3$-гибридных орбиталей атомов углерода. Шесть связей $C-H$ также являются $\sigma$-связями, образованными перекрыванием $sp^3$-гибридных орбиталей углерода и $1s$-орбиталей водорода.

3. Опытным путём доказано, что молекула метана имеет тетраэдрическую форму. Как этот экспериментальный факт объясняют представления о формах электронных орбиталей и их гибридизации?

Решение

Экспериментально установленная тетраэдрическая форма молекулы метана ($CH_4$) объясняется с помощью теории гибридизации атомных орбиталей, которая объясняет, как атом углерода образует четыре одинаковые связи.

1. Электронное строение атома углерода. Атом углерода (C) в основном состоянии имеет электронную конфигурацию $1s^2 2s^2 2p^2$. На внешнем энергетическом уровне находятся четыре валентных электрона: два спаренных на $2s$-орбитали и два неспаренных на двух $2p$-орбиталях. Наличие только двух неспаренных электронов предполагает, что углерод должен быть двухвалентным, что противоречит существованию молекулы метана, где углерод образует четыре связи.

2. Возбужденное состояние атома углерода. Чтобы образовать четыре связи, атому углерода необходимо иметь четыре неспаренных электрона. Это достигается путем перехода атома в возбужденное состояние: один электрон с $2s$-подуровня получает дополнительную энергию и переходит на свободную $2p$-орбиталь. Электронная конфигурация возбужденного атома углерода становится $1s^2 2s^1 2p^3$. Теперь у атома есть четыре неспаренных электрона: один на $s$-орбитали и три на $p$-орбиталях.

3. Проблема с формой и энергией орбиталей. Несмотря на наличие четырех неспаренных электронов, эти валентные орбитали ($2s$, $2p_x$, $2p_y$, $2p_z$) неэквивалентны. $s$-орбиталь имеет сферическую форму, а три $p$-орбитали — гантелеобразную и расположены под углом $90^\circ$ друг к другу. Если бы связи образовывались за счет этих "чистых" орбиталей, то три связи C-H были бы одинаковыми (тип $p-s$) и находились бы под углом $90^\circ$, а четвертая связь (тип $s-s$) отличалась бы от них по длине, энергии и направлению. Это противоречит экспериментальным данным, согласно которым все четыре связи в метане абсолютно одинаковы, а валентный угол H-C-H составляет $109.5^\circ$.

4. Концепция $sp^3$-гибридизации. Для разрешения этого противоречия была введена концепция гибридизации. Согласно этой теории, одна $2s$- и три $2p$-орбитали возбужденного атома углерода смешиваются (гибридизуются), в результате чего образуются четыре новые, совершенно одинаковые по форме и энергии гибридные орбитали. Этот тип гибридизации называется $sp^3$-гибридизацией.

5. Свойства $sp^3$-гибридных орбиталей. Эти новые орбитали имеют следующие свойства: они полностью эквивалентны по энергии; их форма — несимметричная гантель, сильно вытянутая в одну сторону, что обеспечивает более прочное связывание. Чтобы минимизировать электростатическое отталкивание, эти четыре гибридные орбитали располагаются в пространстве симметрично, направляясь к вершинам правильного тетраэдра. Угол между осями любых двух таких орбиталей составляет $109^\circ 28' \approx 109.5^\circ$.

6. Образование молекулы метана. Атом углерода в состоянии $sp^3$-гибридизации образует четыре ковалентные $\sigma$-связи (сигма-связи) с четырьмя атомами водорода. Каждая $\sigma$-связь C-H формируется путем осевого перекрывания одной $sp^3$-гибридной орбитали углерода и $1s$-орбитали атома водорода. Такое расположение связей и определяет тетраэдрическую форму молекулы $CH_4$, в центре которой находится атом углерода, а в вершинах — атомы водорода. Все связи C-H и валентные углы H-C-H в этой молекуле идентичны.

Ответ: Экспериментально доказанная тетраэдрическая форма молекулы метана объясняется тем, что центральный атом углерода находится в состоянии $sp^3$-гибридизации. Его одна $s$- и три $p$-валентные орбитали смешиваются, образуя четыре равноценные гибридные $sp^3$-орбитали. Эти орбитали направлены к вершинам тетраэдра под углом $109.5^\circ$ друг к другу, что и определяет тетраэдрическое строение молекулы метана, а также полную эквивалентность всех четырех связей C-H.

4. Какие соединения называют предельными углеводородами или алканами? Приведите примеры.

Предельными углеводородами, также известными как алканы или парафины, называют ациклические углеводороды, в молекулах которых атомы углерода соединены между собой только простыми (одинарными) связями. Термин "предельные" означает, что валентные возможности атомов углерода максимально насыщены атомами водорода, и присоединение других атомов без разрыва связей C-C или C-H невозможно.

Все атомы углерода в молекулах алканов находятся в состоянии $sp^3$-гибридизации, что обусловливает тетраэдрическую геометрию связей вокруг каждого атома углерода. Угол между связями составляет примерно 109.5°.

Общая формула гомологического ряда алканов: $C_nH_{2n+2}$, где $n$ — целое число, большее или равное 1.

Примеры предельных углеводородов (алканов):

• Метан ($CH_4$) — простейший алкан, основной компонент природного газа.
• Этан ($C_2H_6$) — второй член гомологического ряда алканов.
• Пропан ($C_3H_8$) — используется в качестве топлива, например, в газовых баллонах.
• Бутан ($C_4H_{10}$) — также широко используется как топливо (в зажигалках, газовых смесях).
• Пентан ($C_5H_{12}$) — жидкий углеводород, используется как растворитель и в составе бензина.

Ответ: Предельными углеводородами (алканами) называют органические соединения, состоящие только из атомов углерода и водорода, в которых все атомы углерода связаны между собой исключительно одинарными (простыми) связями. Их общая формула — $C_nH_{2n+2}$. Примерами являются метан ($CH_4$), этан ($C_2H_6$), пропан ($C_3H_8$) и бутан ($C_4H_{10}$).

5. Вычислите, во сколько раз пропан легче или тяжелее воздуха такого же объёма. Чему равна масса (в г) 1 л пропана (н. у.)?

Вычислите, во сколько раз пропан легче или тяжелее воздуха такого же объёма.

Дано:

Газ: пропан ($C_3H_8$)
Среда для сравнения: воздух

Найти:

Относительную плотность пропана по воздуху, $D_{\text{воздух}}(C_3H_8)$ — ?
Сделать вывод, легче или тяжелее пропан воздуха.

Решение

Чтобы определить, во сколько раз газ тяжелее или легче воздуха, необходимо рассчитать относительную плотность пропана по воздуху ($D_{\text{воздух}}$). Относительная плотность показывает отношение молярной массы газа к средней молярной массе воздуха ($M_{\text{воздух}} \approx 29$ г/мол). По следствию из закона Авогадро, отношение масс одинаковых объёмов газов (при одинаковых условиях) равно отношению их молярных масс.
$D_{\text{воздух}}(\text{газ}) = \frac{M(\text{газ})}{M_{\text{воздух}}}$

1. Рассчитаем молярную массу пропана, химическая формула которого $C_3H_8$. Используем относительные атомные массы углерода ($Ar(C) \approx 12$) и водорода ($Ar(H) \approx 1$).
$M(C_3H_8) = 3 \times Ar(C) + 8 \times Ar(H) = 3 \times 12 + 8 \times 1 = 36 + 8 = 44$ г/мол.

2. Теперь найдём относительную плотность пропана по воздуху:
$D_{\text{воздух}}(C_3H_8) = \frac{M(C_3H_8)}{M_{\text{воздух}}} = \frac{44 \text{ г/мол}}{29 \text{ г/мол}} \approx 1.52$

Так как $D_{\text{воздух}}(C_3H_8) > 1$, пропан тяжелее воздуха.

Ответ: пропан тяжелее воздуха примерно в 1,52 раза.

Чему равна масса (в г) 1 л пропана (н. у.)?

Дано:

$V(C_3H_8) = 1$ л
Условия: нормальные (н. у.)

Найти:

$m(C_3H_8)$ — ?

Решение

При нормальных условиях (н. у.) 1 моль любого идеального газа занимает объём, равный молярному объёму $V_m = 22.4$ л/мол.

1. Сначала найдём количество вещества ($n$) пропана в объёме 1 л:
$n(C_3H_8) = \frac{V(C_3H_8)}{V_m} = \frac{1 \text{ л}}{22.4 \text{ л/мол}} \approx 0.0446$ моль.

2. Молярная масса пропана ($C_3H_8$) была рассчитана ранее и составляет $M(C_3H_8) = 44$ г/мол.

3. Теперь рассчитаем массу пропана по формуле $m = n \times M$:
$m(C_3H_8) = n(C_3H_8) \times M(C_3H_8) = \frac{1 \text{ л}}{22.4 \text{ л/мол}} \times 44 \text{ г/мол} = \frac{44}{22.4} \text{ г} \approx 1.96$ г.

Ответ: масса 1 л пропана при нормальных условиях равна примерно 1,96 г.

6. Какой объём (в $м^3$) оксида углерода(IV) образуется при сжигании:

а) 5 $м^3$ этана;

б) 5 кг этана (н. у.)?

Для решения обоих пунктов задачи сначала запишем сбалансированное уравнение реакции горения этана ($C_2H_6$) в кислороде:

$2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O$

а)

Дано:

$V(C_2H_6) = 5 \text{ м}^3$

Найти:

$V(CO_2) - ?$

Решение:

Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, объемы газов, вступающих в реакцию и образующихся в результате нее, относятся друг к другу как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции (при условии, что объемы измеряются при одинаковых температуре и давлении).

Из уравнения реакции видно, что из 2 объемов этана ($C_2H_6$) образуется 4 объема оксида углерода(IV) ($CO_2$). Таким образом, их объемное соотношение составляет:

$\frac{V(C_2H_6)}{V(CO_2)} = \frac{2}{4} = \frac{1}{2}$

Отсюда можно выразить объем оксида углерода(IV):

$V(CO_2) = 2 \cdot V(C_2H_6)$

Подставим известное значение объема этана:

$V(CO_2) = 2 \cdot 5 \text{ м}^3 = 10 \text{ м}^3$

Ответ: при сжигании 5 м³ этана образуется 10 м³ оксида углерода(IV).

б)

Дано:

$m(C_2H_6) = 5 \text{ кг}$

Условия: нормальные (н. у.)

(Масса дана в единицах системы СИ, поэтому отдельный блок перевода не требуется).

Найти:

$V(CO_2) - ?$

Решение:

1. Сначала найдем количество вещества (число моль) этана. Для этого рассчитаем его молярную массу ($M$). Используем округленные атомные массы: $Ar(C) = 12$, $Ar(H) = 1$.

$M(C_2H_6) = 2 \cdot Ar(C) + 6 \cdot Ar(H) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 30 \text{ г/моль}$

Для расчетов в СИ переведем молярную массу в кг/моль:

$M(C_2H_6) = 30 \text{ г/моль} = 0,030 \text{ кг/моль}$

Теперь рассчитаем количество вещества $n$ по формуле $n = m/M$:

$n(C_2H_6) = \frac{5 \text{ кг}}{0,030 \text{ кг/моль}} = \frac{500}{3} \text{ моль} \approx 166,67 \text{ моль}$

2. По уравнению реакции определим количество вещества оксида углерода(IV), которое образуется. Из уравнения $2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O$ следует, что соотношение количеств вещества этана и оксида углерода(IV) равно $2:4$ или $1:2$.

$\frac{n(C_2H_6)}{n(CO_2)} = \frac{2}{4} = \frac{1}{2}$

$n(CO_2) = 2 \cdot n(C_2H_6) = 2 \cdot \frac{500}{3} \text{ моль} = \frac{1000}{3} \text{ моль} \approx 333,33 \text{ моль}$

3. Найдем объем оксида углерода(IV) при нормальных условиях (н. у.). При н. у. молярный объем любого газа ($V_m$) составляет 22,4 л/моль. Переведем это значение в единицы СИ (м³/моль):

$V_m = 22,4 \text{ л/моль} = 0,0224 \text{ м}^3\text{/моль}$

Объем газа рассчитывается по формуле $V = n \cdot V_m$:

$V(CO_2) = n(CO_2) \cdot V_m = \frac{1000}{3} \text{ моль} \cdot 0,0224 \frac{\text{м}^3}{\text{моль}} = \frac{22,4}{3} \text{ м}^3 \approx 7,4667 \text{ м}^3$

Округляя результат до сотых, получаем:

$V(CO_2) \approx 7,47 \text{ м}^3$

Ответ: при сжигании 5 кг этана образуется приблизительно 7,47 м³ оксида углерода(IV).

7. Какой объём кислорода и какой объём воздуха потребуются для сжигания 67,2 $m^3$ бутана (н. у.)?

Дано:

$V(C_4H_{10}) = 67.2 \, м^3$

Условия: нормальные (н. у.)

Объемная доля кислорода в воздухе: $\phi(O_2) \approx 21\%$ или $0.21$.

Найти:

$V(O_2)$ — ?

$V_{воздуха}$ — ?

Решение:

1. Сначала составим уравнение реакции полного сгорания бутана ($C_4H_{10}$). При сгорании органических веществ в кислороде образуются углекислый газ и вода:

$C_4H_{10} + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

Уравняем реакцию, расставив стехиометрические коэффициенты:

$2C_4H_{10} + 13O_2 \rightarrow 8CO_2 + 10H_2O$

2. Поскольку все вещества в реакции (бутан и кислород) являются газами, а условия нормальные, можно применить закон объемных отношений Гей-Люссака. Согласно этому закону, объемы реагирующих газов соотносятся как их коэффициенты в уравнении реакции.

Из уравнения видно, что для сжигания 2 объемов бутана требуется 13 объемов кислорода. Составим пропорцию:

$\frac{V(C_4H_{10})}{V(O_2)} = \frac{2}{13}$

3. Найдем объем кислорода ($V(O_2)$), необходимый для сжигания 67,2 м³ бутана:

$V(O_2) = V(C_4H_{10}) \times \frac{13}{2}$

$V(O_2) = 67.2 \, м^3 \times 6.5 = 436.8 \, м^3$

4. Теперь рассчитаем объем воздуха, который содержит 436,8 м³ кислорода. Зная, что объемная доля кислорода в воздухе составляет примерно 21% (или 0,21), найдем общий объем воздуха ($V_{воздуха}$):

$V_{воздуха} = \frac{V(O_2)}{\phi(O_2)}$

$V_{воздуха} = \frac{436.8 \, м^3}{0.21} = 2080 \, м^3$

Ответ: для сжигания 67,2 м³ бутана потребуется 436,8 м³ кислорода и 2080 м³ воздуха.

1. Алкан, молекула которого содержит семь атомов углерода, имеет формулу

1) $C_7H_{14}$

2) $C_7H_{16}$

3) $C_7H_{12}$

4) $C_7H_8$

1. Дано:

Класс соединения - алканы
Число атомов углерода (C), $n = 7$

Найти:

Молекулярную формулу алкана.

Решение:

Алканы – это ациклические углеводороды, содержащие только одинарные связи между атомами углерода. Общая формула гомологического ряда алканов имеет вид:

$C_nH_{2n+2}$

где $n$ – это число атомов углерода в молекуле.

По условию задачи, молекула алкана содержит семь атомов углерода, следовательно, $n = 7$.

Чтобы найти число атомов водорода (H), подставим значение $n=7$ в общую формулу:

Число атомов H = $2n + 2 = 2 \times 7 + 2 = 14 + 2 = 16$.

Следовательно, молекулярная формула искомого алкана – $C_7H_{16}$. Данное соединение называется гептан.

Теперь сравним полученный результат с предложенными вариантами:

1) $C_7H_{14}$ – общая формула $C_nH_{2n}$, характерная для алкенов или циклоалканов.
2) $C_7H_{16}$ – общая формула $C_nH_{2n+2}$, характерная для алканов. Этот вариант является верным.
3) $C_7H_{12}$ – общая формула $C_nH_{2n-2}$, характерная для алкинов или алкадиенов.
4) $C_7H_8$ – формула ароматического углеводорода (толуола).

Таким образом, правильный ответ находится под номером 2.

Ответ: 2) $C_7H_{16}$

2. Формулы только алканов записаны в ряду

1) $C_2H_4$, $C_3H_6$, $C_4H_8$

2) $C_2H_6$, $C_3H_8$, $C_4H_{10}$

3) $C_2H_2$, $C_3H_4$, $C_4H_6$

4) $C_2H_2$, $C_2H_4$, $C_2H_6$

Решение

Алканы — это класс насыщенных углеводородов, которые содержат только одинарные связи между атомами углерода. Общая формула для гомологического ряда алканов (нециклического строения) выглядит как $C_nH_{2n+2}$, где $n$ — это целое число, обозначающее количество атомов углерода. Чтобы найти ряд, содержащий только алканы, нужно проверить, соответствуют ли все представленные в нем формулы этой общей формуле.

1) $C_2H_4, C_3H_6, C_4H_8$

Данные соединения относятся к классу алкенов, общая формула которых $C_nH_{2n}$. Например, для первого вещества $C_2H_4$ (этен) при $n=2$, количество атомов водорода по формуле для алканов должно быть $2 \cdot 2 + 2 = 6$, а не 4. Таким образом, этот ряд не является правильным.

2) $C_2H_6, C_3H_8, C_4H_{10}$

Проверим каждую формулу на соответствие $C_nH_{2n+2}$:
- для $C_2H_6$ (этан): при $n=2$, число атомов H = $2 \cdot 2 + 2 = 6$. Формула верна.
- для $C_3H_8$ (пропан): при $n=3$, число атомов H = $2 \cdot 3 + 2 = 8$. Формула верна.
- для $C_4H_{10}$ (бутан): при $n=4$, число атомов H = $2 \cdot 4 + 2 = 10$. Формула верна.
Все вещества в этом ряду являются алканами. Следовательно, этот вариант правильный.

3) $C_2H_2, C_3H_4, C_4H_6$

Данные соединения относятся к классу алкинов, общая формула которых $C_nH_{2n-2}$. Например, для $C_2H_2$ (этин) при $n=2$, количество атомов водорода по формуле для алканов должно быть $6$, а не 2. Этот ряд не подходит.

4) $C_2H_2, C_2H_4, C_2H_6$

В этом ряду представлены углеводороды из разных классов: $C_2H_2$ — алкин, $C_2H_4$ — алкен, $C_2H_6$ — алкан. Так как ряд содержит не только алканы, он не удовлетворяет условию задачи.

Ответ: 2

3. Число $sigma$-связей в молекуле этана равно

1) 5

2) 7

3) 10

4) 11

Решение

Для того чтобы определить число σ-связей (сигма-связей) в молекуле этана, необходимо знать его химическую и структурную формулу.

Этан относится к классу алканов, его химическая формула – $C_2 H_6$. В молекуле этана два атома углерода соединены между собой одинарной связью. Каждый атом углерода, в свою очередь, связан с тремя атомами водорода. Таким образом, структурная формула этана $CH_3–CH_3$.

В органических соединениях все одинарные связи являются σ-связями. Двойная связь состоит из одной σ- и одной π-связи, а тройная – из одной σ- и двух π-связей.

Посчитаем все одинарные (и, следовательно, σ-) связи в молекуле этана ($CH_3–CH_3$):
1. Одна σ-связь между двумя атомами углерода (C–C).
2. Шесть σ-связей между атомами углерода и водорода (C–H) – по три в каждой метильной группе ($CH_3$).

Суммарное число σ-связей равно: $1 + 6 = 7$.

Альтернативный способ для ациклических соединений (не содержащих циклов): число σ-связей равно общему числу атомов в молекуле минус единица. В молекуле этана ($C_2 H_6$) всего $2 + 6 = 8$ атомов. Следовательно, число σ-связей равно $8 - 1 = 7$.

Полученный результат (7) соответствует варианту ответа 2).

Ответ: 7