Страница 107 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

2. Неправильно написана формула

1) $ \text{CH}_3 \text{--CH}_2 \text{--CH}_3 $

2) $ \text{CH}_3 \text{--C=CH}_2 $

3) $ \text{CH \equiv CH} $

4) $ \text{CH}_3 \text{--CH}_3 $

Решение

Для того чтобы определить, какая из формул написана неправильно, необходимо проверить соблюдение правила валентности для атома углерода. В органических соединениях углерод всегда проявляет валентность IV, то есть каждый атом углерода должен образовывать четыре химические связи.

Проанализируем каждую из предложенных формул:

1) $CH_3–CH_2–CH_3$
Это формула пропана. В данной молекуле валентность каждого атома углерода равна IV:
- Крайние атомы углерода (в группах $CH_3$) образуют по 3 связи с атомами водорода и 1 связь с соседним атомом углерода. Суммарно $3 + 1 = 4$ связи.
- Центральный атом углерода (в группе $CH_2$) образует 2 связи с атомами водорода и по 1 связи с каждым из двух соседних атомов углерода. Суммарно $2 + 1 + 1 = 4$ связи.
Формула написана правильно.

2) $CH_3–C≡CH_2$
Проверим валентности атомов углерода в этой структуре:
- Первый атом углерода (в группе $CH_3$) образует 3 связи с водородом и 1 с углеродом. Суммарно $3 + 1 = 4$ связи. Валентность соблюдена.
- Второй атом углерода (C) образует 1 одинарную связь с первым атомом углерода и 1 тройную связь с третьим. Суммарно $1 + 3 = 4$ связи. Валентность соблюдена.
- Третий атом углерода (в группе $CH_2$) должен образовывать 2 связи с водородом и 3 связи с соседним атомом углерода (тройная связь). Суммарно $2 + 3 = 5$ связей.
Валентность третьего атома углерода равна V, что невозможно. Формула написана неправильно.

3) $CH≡CH$
Это формула этина (ацетилена). Каждый атом углерода образует 1 связь с атомом водорода и 1 тройную связь с другим атомом углерода. Суммарно $1 + 3 = 4$ связи. Валентность для обоих атомов углерода соблюдена.
Формула написана правильно.

4) $CH_3–CH_3$
Это формула этана. Каждый атом углерода образует 3 связи с атомами водорода и 1 связь с другим атомом углерода. Суммарно $3 + 1 = 4$ связи. Валентность для обоих атомов углерода соблюдена.
Формула написана правильно.

Таким образом, единственная формула с нарушением валентности углерода – это формула под номером 2.

Ответ: 2

3. Соединяться в длинные цепи способны атомы

1) кислорода

2) азота

3) углерода

4) водорода

Решение

Способность атомов химического элемента образовывать устойчивые химические связи друг с другом, формируя длинные цепи (линейные или разветвленные) и кольца, называется катенацией. Рассмотрим предложенные варианты, чтобы определить, какой из элементов обладает этой способностью в наибольшей степени.

1) кислорода

Атомы кислорода могут образовывать короткие цепи, как, например, в молекуле озона ($O_3$) или в пероксидах ($H_2O_2$), где существует связь $O-O$. Однако длинные цепи из атомов кислорода крайне неустойчивы. Это связано с отталкиванием неподеленных электронных пар на соседних атомах и относительно низкой энергией связи $O-O$ (около 146 кДж/моль), которая значительно уступает энергии связи $C-C$.

2) азота

Атомы азота также способны соединяться друг с другом, образуя связь $N-N$, например, в гидразине ($N_2H_4$). Тем не менее, одинарная связь $N-N$ (около 160 кДж/моль) является относительно слабой. Длинные азотные цепи (полиазаны) очень нестабильны и склонны к взрывному разложению с образованием химически инертной и очень прочной молекулы азота $N_2$, в которой атомы связаны тройной связью ($N \equiv N$) с энергией 945 кДж/моль.

3) углерода

Углерод обладает уникальной и наиболее выраженной среди всех химических элементов способностью к катенации. Атомы углерода формируют очень длинные, прочные и разнообразные по строению цепи (линейные, разветвленные) и циклы. Это свойство является фундаментом органической химии. Ключевые факторы, обеспечивающие эту способность: прочная ковалентная связь $C-C$ (энергия около 348 кДж/моль), валентность IV, позволяющая образовывать до четырех связей и создавать сложные пространственные структуры, а также сопоставимая прочность связей углерода как с другими атомами углерода, так и с атомами других элементов (водорода, кислорода, азота и др.).

4) водорода

Атом водорода имеет валентность I, то есть может образовать только одну ковалентную связь. По этой причине водород не способен формировать цепи, он может лишь замыкать их, находясь на конце молекулы.

Сравнивая свойства перечисленных элементов, можно заключить, что именно атомы углерода способны соединяться в длинные и стабильные цепи.

Ответ: 3) углерода

4. Верны ли следующие суждения об этане?

А. Этан горит с образованием углекислого газа и воды.

Б. Молекула этана содержит двойную углерод-углеродную связь.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Для того чтобы определить верность суждений об этане, проанализируем каждое из них.

А. Этан горит с образованием углекислого газа и воды.

Этан ($C_2H_6$) — это углеводород, относящийся к классу алканов. Как и все углеводороды, этан вступает в реакцию горения при взаимодействии с кислородом. При полном сгорании, когда кислорода достаточно, продуктами реакции всегда являются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$). Уравнение реакции горения этана:
$2C_2H_6 + 7O_2 \rightarrow 4CO_2 + 6H_2O$
Таким образом, это суждение верно.

Б. Молекула этана содержит двойную углерод-углеродную связь.

Этан ($C_2H_6$) принадлежит к гомологическому ряду алканов, которые также называют насыщенными углеводородами. Это означает, что в их молекулах между атомами углерода существуют только одинарные (простые) связи. Структурная формула этана $CH_3–CH_3$ наглядно показывает наличие одинарной связи $C–C$. Двойная углерод-углеродная связь ($C=C$) является характеристикой алкенов, например, этена ($C_2H_4$).
Таким образом, это суждение неверно.

Из анализа следует, что верным является только суждение А, а суждение Б — неверно. Следовательно, правильный вариант ответа — 1.

Ответ: 1

5. Для полного сгорания 10 л метана (н. у.) необходим кислород объёмом

1) 50 л

2) 10 л

3) 20 л

4) 30 л

Дано:

$V(CH_4) = 10 \text{ л}$

Условия: нормальные (н. у.)

Перевод в систему СИ:

$V(CH_4) = 10 \text{ л} = 10 \times 10^{-3} \text{ м}^3 = 0.01 \text{ м}^3$

Найти:

$V(O_2)$ — ?

Решение:

1. Запишем уравнение реакции полного сгорания метана ($CH_4$) в кислороде ($O_2$). Продуктами полного сгорания углеводородов являются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

$CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$

2. Уравняем химическую реакцию, расставив стехиометрические коэффициенты. Слева 1 атом углерода, справа 1. Слева 4 атома водорода, справа 2, значит ставим коэффициент 2 перед $H_2O$. Теперь справа 4 атома кислорода (2 в $CO_2$ и 2 в $2H_2O$), значит слева ставим коэффициент 2 перед $O_2$.

Уравнение реакции:

$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$

3. Согласно закону объемных отношений Гей-Люссака, объемы вступающих в реакцию и образующихся газообразных веществ при одинаковых условиях (температуре и давлении) относятся друг к другу как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.

В нашем случае все реагенты и продукты (кроме воды, которая при н.у. может быть жидкостью, но для расчетов газов это не имеет значения) находятся в газообразном состоянии. Из уравнения реакции видно, что на 1 объем метана требуется 2 объема кислорода.

Составим пропорцию:

$\frac{V(CH_4)}{1} = \frac{V(O_2)}{2}$

4. Выразим и рассчитаем объем кислорода, необходимый для сжигания 10 л метана:

$V(O_2) = 2 \times V(CH_4)$

$V(O_2) = 2 \times 10 \text{ л} = 20 \text{ л}$

Таким образом, для полного сгорания 10 л метана потребуется 20 л кислорода. Этот результат соответствует варианту ответа 3).

Ответ: для полного сгорания 10 л метана необходим кислород объёмом 20 л.

6. В результате присоединения 1 моль водорода к 1 моль ацетилена образуется

1) этилен

2) этан

3) пропан

4) метан

Дано:

Количество вещества ацетилена ($C_2H_2$): $n(C_2H_2) = 1$ моль
Количество вещества водорода ($H_2$): $n(H_2) = 1$ моль

Найти:

Продукт реакции присоединения.

Решение:

Реакция присоединения водорода к ацетилену называется гидрированием. Ацетилен ($C_2H_2$) — это алкин, в молекуле которого присутствует тройная связь между атомами углерода. Гидрирование алкинов может происходить постадийно.

На первой стадии гидрирования к одной молекуле ацетилена присоединяется одна молекула водорода. При этом одна из двух π-связей в тройной связи разрывается, и образуется соединение с двойной связью — этилен ($C_2H_4$). Уравнение реакции выглядит следующим образом:
$C_2H_2 + H_2 \xrightarrow{\text{кат., t}} C_2H_4$

Согласно этому уравнению, 1 моль ацетилена реагирует с 1 моль водорода, образуя 1 моль этилена. Это в точности соответствует условиям, данным в задаче.

Дальнейшее гидрирование (вторая стадия) возможно при наличии избытка водорода. Этилен может прореагировать еще с 1 моль водорода, превращаясь в этан ($C_2H_6$):
$C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{\text{кат., t}} C_2H_6$

Таким образом, для полного превращения 1 моль ацетилена в этан потребовалось бы 2 моль водорода ($C_2H_2 + 2H_2 \rightarrow C_2H_6$).

Варианты 3) пропан и 4) метан не могут быть продуктами данной реакции, так как в ходе реакции присоединения количество атомов углерода в молекуле не изменяется (в ацетилене 2 атома углерода).

Исходя из стехиометрии реакции (1 моль $H_2$ на 1 моль $C_2H_2$), продуктом является этилен.

Ответ: 1) этилен

7. В природном газе отсутствует

1) этилен

2) этан

3) пропан

4) метан

Природный газ представляет собой смесь газообразных углеводородов, образовавшихся в результате анаэробного разложения органических веществ. Основой природного газа являются предельные углеводороды (алканы).

Рассмотрим состав природного газа и предложенные варианты:

Метан ($CH_4$) — основной компонент природного газа, его содержание обычно составляет 70–98%.

Этан ($C_2H_6$) и пропан ($C_3H_8$) — это гомологи метана, которые также являются алканами. Они содержатся в природном газе в качестве примесей, их доля может составлять от долей процента до нескольких процентов.

Этилен (этен) с химической формулой $C_2H_4$ — это непредельный углеводород (алкен). Алкены содержат в своей структуре двойную связь между атомами углерода и не являются типичными компонентами природного газа. Этилен получают в промышленности путем переработки алканов, например, дегидрированием этана.

Следовательно, из перечисленных веществ в природном газе отсутствует этилен.

Ответ: 1) этилен

8. Укажите формулу лишнего вещества.

1) $CH_3\text{--}CH_2\text{--}OH$

2) $CH_3\text{--}CH_2\text{--}CH_3$

3) $CH_3\text{--}CH_2\text{--}CH_2\text{--}OH$

4) $HO\text{--}CH_3$

Решение

Для того чтобы определить "лишнее" вещество, необходимо проанализировать химическое строение каждого соединения и отнести его к определённому классу органических веществ.

Рассмотрим предложенные формулы:

1) $CH_3-CH_2-OH$ — этанол. Это соединение содержит гидроксильную функциональную группу ($-OH$), следовательно, относится к классу спиртов.

2) $CH_3-CH_2-CH_3$ — пропан. Это соединение состоит только из атомов углерода и водорода, соединённых одинарными связями. Оно относится к классу алканов (предельных углеводородов).

3) $CH_3-CH_2-CH_2-OH$ — пропанол-1. Это соединение также содержит гидроксильную группу ($-OH$) и является спиртом.

4) $HO-CH_3$ (эквивалентно $CH_3-OH$) — метанол. Это соединение также имеет в своём составе гидроксильную группу ($-OH$) и относится к классу спиртов.

Таким образом, вещества 1, 3 и 4 являются представителями одного гомологического ряда — одноатомных предельных спиртов. Вещество 2 (пропан) относится к другому классу соединений — алканам, и не содержит кислорода, в отличие от остальных. Поэтому формула пропана является лишней в данном списке.

Ответ: 2) $CH_3-CH_2-CH_3$

9. Укажите формулу глицерина.

1) $CH_3-CH_2-OH$

2) $\substack{CH_2 \\ | \\ OH} \text{-} \substack{CH \\ | \\ OH} \text{-} \substack{CH_2 \\ | \\ OH}$

3) $CH_3-CH_2-CH_2OH$

4) $\substack{CH_2 \\ | \\ OH} \text{-} \substack{CH \\ | \\ CH_3} \text{-} \substack{CH_2 \\ | \\ OH}$

Решение

Глицерин (или глицерол) — это простейший представитель трехатомных спиртов. Его систематическое название — пропан-1,2,3-триол. Это означает, что его молекула состоит из трех атомов углерода (пропан), и к каждому из них присоединена одна гидроксильная группа (-OH).

Рассмотрим предложенные варианты:

1) Формула $CH_3-CH_2-OH$ — это этанол (этиловый спирт). Он является одноатомным спиртом, так как содержит только одну группу -OH. Этот вариант неверный.

2) Формула $\begin{matrix} CH_2 & - & CH & - & CH_2 \\ | & & | & & | \\ OH & & OH & & OH \end{matrix}$ — это пропан-1,2,3-триол. Молекула содержит три атома углерода, и к каждому из них присоединена гидроксильная группа. Это и есть глицерин. Этот вариант верный.

3) Формула $CH_3-CH_2-CH_2OH$ — это пропанол-1 (пропиловый спирт). Он является одноатомным спиртом. Этот вариант неверный.

4) Формула $\begin{matrix} CH_2 & - & CH & - & CH_2 \\ | & & | & & | \\ OH & & CH_3 & & OH \end{matrix}$ — это 2-метилпропан-1,3-диол. Это двухатомный спирт (диол), так как содержит две группы -OH. Вместо гидроксильной группы у центрального атома углерода находится метильная группа (-$CH_3$). Этот вариант неверный.

Таким образом, правильная формула глицерина представлена под номером 2.

Ответ: 2

10. Уксусная кислота взаимодействует с веществами, формулы ко-

торых

1) $Cu$

2) $Na_2O$

3) $Ca(OH)_2$

4) $K_2SO_4$

5) $CO_2$

Уксусная кислота ($CH_3COOH$) — это слабая одноосновная карбоновая кислота, которая проявляет типичные свойства кислот. Проанализируем её взаимодействие с каждым из предложенных веществ.

1) Cu

Медь ($Cu$) является металлом, который в электрохимическом ряду напряжений металлов стоит после водорода. Такие металлы не способны вытеснять водород из растворов кислот (за исключением кислот-окислителей, к которым уксусная кислота не относится). Поэтому реакция не происходит.

$CH_3COOH + Cu \nrightarrow$

Ответ: Не взаимодействует.

2) Na₂O

Оксид натрия ($Na_2O$) — это основный оксид. Уксусная кислота, как и все кислоты, реагирует с основными оксидами, образуя соль и воду. В результате реакции образуется ацетат натрия и вода.

Уравнение реакции: $2CH_3COOH + Na_2O \rightarrow 2CH_3COONa + H_2O$

Ответ: Взаимодействует.

3) Ca(OH)₂

Гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$) — это основание (щёлочь). Реакция между кислотой и основанием называется реакцией нейтрализации, в ходе которой образуются соль и вода. В данном случае продуктами являются ацетат кальция и вода.

Уравнение реакции: $2CH_3COOH + Ca(OH)_2 \rightarrow (CH_3COO)_2Ca + 2H_2O$

Ответ: Взаимодействует.

4) K₂SO₄

Сульфат калия ($K_2SO_4$) — это соль, образованная сильной кислотой (серной, $H_2SO_4$) и сильным основанием ($KOH$). Уксусная кислота является слабой кислотой и не может вытеснить более сильную серную кислоту из её соли. Реакция обмена невозможна, так как не выполняется ни одно из условий её протекания (образование осадка, газа или слабого электролита).

$2CH_3COOH + K_2SO_4 \nrightarrow$

Ответ: Не взаимодействует.

5) CO₂

Оксид углерода(IV) ($CO_2$) — это кислотный оксид. Кислоты не взаимодействуют с кислотными оксидами. Уксусная кислота сама является кислотой, поэтому реакции между ними не происходит.

$CH_3COOH + CO_2 \nrightarrow$

Ответ: Не взаимодействует.