Страница 108 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

11. Установите соответствие между углеводородом и его характеристикой.

УГЛЕВОДОРОД

А) этилен

Б) ацетилен

ХАРАКТЕРИСТИКА

1) непредельное соединение

2) между атомами углерода в молекуле тройная связь

3) в молекуле четыре атома водорода

4) между атомами углерода в молекуле двойная связь

5) входит в состав природного газа

Для того чтобы установить соответствие, необходимо рассмотреть химическое строение и свойства каждого из предложенных углеводородов.

А) этилен

Этилен (систематическое название — этен) является представителем класса алкенов. Его химическая формула — $C_2H_4$. Структурная формула этилена $CH_2=CH_2$, она показывает наличие одной двойной связи между атомами углерода.

Проанализируем предложенные характеристики по отношению к этилену:

1) непредельное соединение – Да, это верная характеристика. Наличие кратной (в данном случае двойной) связи делает соединение непредельным, то есть способным к реакциям присоединения.

2) между атомами углерода в молекуле тройная связь – Нет, в молекуле этилена двойная связь.

3) в молекуле четыре атома водорода – Да, это верно, что соответствует его химической формуле $C_2H_4$.

4) между атомами углерода в молекуле двойная связь – Да, это основная структурная особенность этилена.

5) входит в состав природного газа – Нет, основным компонентом природного газа является метан ($CH_4$). Этилен в нем практически не содержится.

Таким образом, для этилена верными являются характеристики 1, 3 и 4.

Ответ: 1, 3, 4.

Б) ацетилен

Ацетилен (систематическое название — этин) является простейшим представителем класса алкинов. Его химическая формула — $C_2H_2$. Структурная формула ацетилена $HC\equiv CH$, она показывает наличие одной тройной связи между атомами углерода.

Проанализируем предложенные характеристики по отношению к ацетилену:

1) непредельное соединение – Да, это верная характеристика. Наличие тройной связи делает ацетилен непредельным соединением.

2) между атомами углерода в молекуле тройная связь – Да, это ключевая структурная особенность ацетилена, определяющая его принадлежность к алкинам.

3) в молекуле четыре атома водорода – Нет, в молекуле ацетилена всего два атома водорода ($C_2H_2$).

4) между атомами углерода в молекуле двойная связь – Нет, в молекуле ацетилена тройная связь.

5) входит в состав природного газа – Нет, ацетилен не является компонентом природного газа.

Таким образом, для ацетилена верными являются характеристики 1 и 2.

Ответ: 1, 2.

12. Напишите уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

$C \to Al_4C_3 \to CH_4 \to CO_2 \to Na_2CO_3$

Приведите названия веществ, включённых в схему превращений, и структурную формулу органического вещества.

Уравнения реакций, с помощью которых можно осуществить следующие превращения:

1. Получение карбида алюминия из углерода. Реакция прямого синтеза из простых веществ, алюминия и углерода, при высокой температуре.
$4Al + 3C \xrightarrow{t^\circ} Al_4C_3$

2. Получение метана из карбида алюминия. Карбид алюминия относится к классу метанидов и подвергается полному гидролизу водой с образованием метана и гидроксида алюминия.
$Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3\downarrow + 3CH_4\uparrow$

3. Получение оксида углерода(IV) из метана. Реакция полного сгорания метана в избытке кислорода.
$CH_4 + 2O_2 \xrightarrow{t^\circ} CO_2 + 2H_2O$

4. Получение карбоната натрия из оксида углерода(IV). Оксид углерода(IV) является кислотным оксидом и реагирует со щелочью (гидроксидом натрия) с образованием соли и воды.
$CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

Ответ: Цепочка превращений может быть осуществлена с помощью следующих реакций:
1) $4Al + 3C \xrightarrow{t^\circ} Al_4C_3$
2) $Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3\downarrow + 3CH_4\uparrow$
3) $CH_4 + 2O_2 \xrightarrow{t^\circ} CO_2 + 2H_2O$
4) $CO_2 + 2NaOH \rightarrow Na_2CO_3 + H_2O$

Названия веществ, включённых в схему превращений, и структурная формула органического вещества

Названия веществ:
C – углерод
$Al_4C_3$ – карбид алюминия
$CH_4$ – метан
$CO_2$ – оксид углерода(IV) (углекислый газ)
$Na_2CO_3$ – карбонат натрия

Структурная формула органического вещества (метана, $CH_4$):
H |H--C--H | H

Ответ: Вещества в схеме: углерод (C), карбид алюминия ($Al_4C_3$), метан ($CH_4$), оксид углерода(IV) ($CO_2$) и карбонат натрия ($Na_2CO_3$). Единственное органическое вещество в цепи — метан. Его структурная формула показывает атом углерода, ковалентно связанный с четырьмя атомами водорода, которые расположены в пространстве по вершинам тетраэдра.

1. Какая формула соответствует органическому веществу?

1) $CO_2$

2) $HNO_2$

3) $C_3H_8$

4) $Ca(HCO_3)_2$

Решение

Органические вещества — это класс химических соединений, в состав которых обязательно входит углерод, связанный с водородом или другими элементами. Однако существует ряд исключений — простейшие соединения углерода, которые по традиции относят к неорганическим. К ним относятся оксиды углерода (CO, $CO_2$), угольная кислота ($H_2CO_3$) и её соли (карбонаты и гидрокарбонаты), цианиды и некоторые другие.

Проанализируем предложенные формулы:

1) $CO_2$

Это диоксид углерода, или углекислый газ. Он является оксидом углерода и традиционно классифицируется как неорганическое вещество.

2) $HNO_2$

Это азотистая кислота. В её составе нет атомов углерода, поэтому она является неорганическим веществом.

3) $C_3H_8$

Это пропан, представитель класса углеводородов (алканов). Углеводороды, состоящие из атомов углерода и водорода, являются фундаментальными соединениями органической химии. Следовательно, пропан — это органическое вещество.

4) $Ca(HCO_3)_2$

Это гидрокарбонат кальция, кислая соль угольной кислоты. Соли угольной кислоты (карбонаты и гидрокарбонаты) относятся к неорганическим соединениям.

Таким образом, единственная формула, соответствующая органическому веществу, — это $C_3H_8$.

Ответ: 3

2. Валентность атомов углерода в молекуле этилового спирта $ \text{CH}_3-\text{CH}_2-\text{OH} $ равна

1) трём

2) четырём

3) пяти

4) двум

Решение

Валентность химического элемента определяется числом ковалентных связей, которые его атом образует с другими атомами в молекуле. В подавляющем большинстве органических соединений углерод является четырёхвалентным, то есть образует четыре химические связи.

Рассмотрим структурную формулу молекулы этилового спирта ($CH_3-CH_2-OH$):

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

В данной молекуле содержатся два атома углерода. Определим валентность каждого из них:

1. Первый атом углерода (в группе $CH_3$) соединён с тремя атомами водорода (три связи $C-H$) и одним атомом углерода (одна связь $C-C$). Суммарное число связей для этого атома: $3 + 1 = 4$. Следовательно, его валентность равна IV.

2. Второй атом углерода (в группе $CH_2$) соединён с двумя атомами водорода (две связи $C-H$), одним атомом углерода (одна связь $C-C$) и одним атомом кислорода (одна связь $C-O$). Суммарное число связей для этого атома: $2 + 1 + 1 = 4$. Его валентность также равна IV.

Таким образом, валентность обоих атомов углерода в молекуле этилового спирта равна четырём.

Ответ: 2) четырём

3. Неправильно написана формула

1) $CH\equiv CH$

2) $CH_3-CH_2-CH_3$

3) $CH_3=CH_2$

4) $CH_4$

Для того чтобы определить, какая из формул написана неправильно, необходимо проверить валентность атомов углерода в каждом соединении. В органической химии атом углерода (C) всегда четырёхвалентен, то есть образует четыре ковалентные связи.

1) $CH \equiv CH$

Это формула этина (ацетилена). В этой молекуле каждый атом углерода связан с одним атомом водорода (одна связь) и с другим атомом углерода посредством тройной связи (три связи). Общее число связей для каждого атома углерода: $1 + 3 = 4$. Валентность углерода соблюдена, следовательно, формула написана правильно.

2) $CH_3-CH_2-CH_3$

Это формула пропана. Крайние атомы углерода ($CH_3$) соединены с тремя атомами водорода и одним атомом углерода, что в сумме составляет $3 + 1 = 4$ связи. Центральный атом углерода ($CH_2$) соединен с двумя атомами водорода и двумя соседними атомами углерода, что в сумме составляет $2 + 1 + 1 = 4$ связи. Валентность всех атомов углерода равна четырём, формула написана правильно.

3) $CH_3=CH_2$

Рассмотрим данную структуру. Первый атом углерода ($CH_3$) связан с тремя атомами водорода (3 связи) и, согласно записи, образует двойную связь со вторым атомом углерода (2 связи). В этом случае общее число связей для первого атома углерода составляет $3 + 2 = 5$. Это противоречит правилу валентности, так как углерод не может быть пятивалентным. Следовательно, данная формула написана неправильно. (Правильная формула для соединения с такой же брутто-формулой $C_3H_6$ (пропен) выглядит так: $CH_2=CH-CH_3$).

4) $CH_4$

Это формула метана. Атом углерода образует четыре одинарные связи с четырьмя атомами водорода. Валентность углерода равна четырём, формула написана правильно.

Таким образом, единственная формула, в которой нарушена валентность углерода, — это формула под номером 3.

Ответ: 3

4. Верны ли следующие суждения об ацетилене?

А. Ацетилен — предельный углеводород.

Б. Ацетилен образуется при гидролизе карбида кальция.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение

Для определения верности предложенных суждений, проанализируем каждое из них.

А. Ацетилен — предельный углеводород.

Ацетилен, также известный как этин, имеет химическую формулу $C_2H_2$. Его структурная формула $H-C \equiv C-H$. Характерной чертой ацетилена является наличие тройной связи между атомами углерода. Предельными (или насыщенными) углеводородами называют соединения, в которых все атомы углерода связаны между собой только одинарными (простыми) связями. Углеводороды, содержащие кратные связи (двойные или тройные), как ацетилен, называются непредельными (ненасыщенными). Следовательно, ацетилен является непредельным углеводородом. Суждение А неверно.

Б. Ацетилен образуется при гидролизе карбида кальция.

Гидролиз карбида кальция — это реакция взаимодействия карбида кальция ($CaC_2$) с водой ($H_2O$). Этот процесс является одним из основных промышленных и лабораторных методов получения ацетилена. Реакция протекает согласно следующему уравнению:
$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow C_2H_2 \uparrow + Ca(OH)_2$
В ходе реакции образуется газообразный ацетилен ($C_2H_2$) и гидроксид кальция ($Ca(OH)_2$). Следовательно, суждение Б верно.

Таким образом, верным является только суждение Б. В предложенных вариантах ответа это соответствует номеру 2.

Ответ: 2