Номер 5, страница 241 - гдз по химии 9 класс учебник Еремин, Кузьменко

5. Зная валентности углерода, кислорода и водорода, составьте структурную формулу какого-либо органического соединения, имеющего формулу $C_3H_6O_2$.

Дано:

Молекулярная формула органического соединения: $C_3H_6O_2$.

Валентности элементов: углерод (C) – IV, кислород (O) – II, водород (H) – I.

Найти:

Составить структурную формулу для данного соединения.

Решение:

Для составления структурной формулы необходимо так расположить атомы в молекуле, чтобы валентность каждого из них была удовлетворена. Валентность — это число химических связей, которые атом данного элемента образует в соединении. Углерод четырехвалентен, кислород двухвалентен, а водород одновалентен.

Молекулярной формуле $C_3H_6O_2$ может соответствовать несколько изомеров — соединений с одинаковым атомным составом, но разным строением. Рассмотрим два наиболее вероятных класса соединений: карбоновые кислоты и сложные эфиры.

1. Карбоновая кислота

Соединения этого класса содержат функциональную карбоксильную группу $(-\text{COOH})$. Эта группа состоит из одного атома углерода, двух атомов кислорода и одного атома водорода.

Если мы выделим эту группу из общей формулы $C_3H_6O_2$, у нас останется фрагмент $C_2H_5-$. Это этильный радикал. Соединив этильный радикал с карбоксильной группой, мы получим пропановую (пропионовую) кислоту.

Ее condensed структурная формула: $\text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{COOH}$.

Проверим соответствие валентностей в этой структуре:

• Каждый из трех атомов водорода в группе $\text{CH}_3$ связан с углеродом одной связью. Сам атом углерода связан с тремя атомами водорода и одним атомом углерода, итого 4 связи (валентность IV).
• Атом углерода в группе $\text{CH}_2$ связан с двумя атомами водорода и двумя атомами углерода, итого 4 связи (валентность IV).
• Атом углерода в группе $\text{COOH}$ связан с предыдущим атомом углерода, с одним атомом кислорода двойной связью ($C=O$) и с другим атомом кислорода одинарной связью ($C-O$). Итого $1+2+1=4$ связи (валентность IV).
• Атом кислорода в группе $C=O$ образует две связи (валентность II).
• Атом кислорода в группе $-\text{OH}$ связан с углеродом и водородом, образуя две связи (валентность II).
• Все атомы водорода одновалентны.

Таким образом, структура пропановой кислоты является верной.

2. Сложный эфир

Другим возможным изомером является сложный эфир, например, метиловый эфир уксусной кислоты (метилацетат). Сложные эфиры содержат группу $-\text{COO}-$.

Структурная формула метилацетата: $\text{CH}_3-\text{COO}-\text{CH}_3$. В этой структуре также соблюдаются все валентности и состав соответствует формуле $C_3H_6O_2$.

Поскольку в задаче просят составить формулу какого-либо одного соединения, мы можем выбрать любой из корректных изомеров. В качестве ответа приведем развернутую структурную формулу пропановой кислоты.

Ответ:

Одной из возможных структурных формул для органического соединения состава $C_3H_6O_2$ является формула пропановой кислоты:

H H O
| | //
H-C-C-C-O-H
| |
H H