Страница 110 - гдз по химии 9 класс проверочные и контрольные работы Габриелян, Лысова

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

$C_2H_4 \rightarrow C_2H_6 \rightarrow CO_2 \rightarrow K_2CO_3 \rightarrow CO_2$

Для органических веществ используйте сокращённые структурные формулы. Приведите названия веществ, включённых в схему превращений.

В соответствии с заданием, ниже приведены уравнения реакций для указанной схемы превращений, а также названия всех участвующих веществ. Для органических соединений использованы сокращённые структурные формулы.

Названия веществ, включённых в схему: $C_2H_4$ — этен (этилен); $C_2H_6$ — этан; $CO_2$ — оксид углерода(IV) (углекислый газ); $K_2CO_3$ — карбонат калия.

$C_2H_4 \rightarrow C_2H_6$

Для получения этана из этена проводят реакцию гидрирования — присоединения водорода. Реакция протекает при нагревании в присутствии катализатора (например, никеля, платины или палладия). Двойная связь в молекуле этена разрывается, и по месту разрыва присоединяются атомы водорода.

$CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH_3$

В реакции участвуют: этен ($CH_2=CH_2$), водород ($H_2$), продуктом является этан ($CH_3-CH_3$).

Ответ: $CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH_3$

$C_2H_6 \rightarrow CO_2$

Оксид углерода(IV) можно получить в результате реакции полного сгорания этана в избытке кислорода. Это экзотермическая реакция, протекающая при поджигании.

$2CH_3-CH_3 + 7O_2 \xrightarrow{t} 4CO_2 + 6H_2O$

В реакции участвуют: этан ($CH_3-CH_3$), кислород ($O_2$), продуктами являются оксид углерода(IV) ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

Ответ: $2CH_3-CH_3 + 7O_2 \xrightarrow{t} 4CO_2 + 6H_2O$

$CO_2 \rightarrow K_2CO_3$

Карбонат калия образуется при взаимодействии кислотного оксида углерода(IV) с основанием, в данном случае — с гидроксидом калия (щёлочью).

$CO_2 + 2KOH \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

В реакции участвуют: оксид углерода(IV) ($CO_2$), гидроксид калия ($KOH$), продуктами являются карбонат калия ($K_2CO_3$) и вода ($H_2O$).

Ответ: $CO_2 + 2KOH \rightarrow K_2CO_3 + H_2O$

$K_2CO_3 \rightarrow CO_2$

Для получения оксида углерода(IV) из карбоната калия необходимо подействовать на соль сильной кислотой (например, соляной $HCl$ или серной $H_2SO_4$), которая вытеснит более слабую угольную кислоту. Угольная кислота ($H_2CO_3$) неустойчива и сразу же разлагается на углекислый газ и воду.

$K_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2KCl + CO_2\uparrow + H_2O$

В реакции участвуют: карбонат калия ($K_2CO_3$), соляная кислота ($HCl$), продуктами являются хлорид калия ($KCl$), оксид углерода(IV) ($CO_2$) и вода ($H_2O$).

Ответ: $K_2CO_3 + 2HCl \rightarrow 2KCl + CO_2\uparrow + H_2O$

1. Какая формула соответствует органическому веществу?

1) $NH_3$

2) $CO_2$

3) $H_2CO_3$

4) $C_2H_4$

Решение

Чтобы определить, какая из формул соответствует органическому веществу, необходимо проанализировать состав каждого соединения.

Органические вещества — это соединения углерода. Однако по исторически сложившейся традиции некоторые простейшие соединения углерода (оксиды углерода, угольная кислота и её соли, карбиды, цианиды) относят к неорганическим. Основным признаком органического соединения является наличие в его молекуле углеродного скелета (связей между атомами углерода $C-C$) и связей углерод-водород ($C-H$).

Рассмотрим предложенные варианты:

1) NH₃
Аммиак ($NH_3$). Это соединение не содержит атомов углерода, следовательно, является неорганическим веществом.

2) CO₂
Диоксид углерода ($CO_2$). Несмотря на наличие углерода, это оксид, который по классификации относится к неорганическим веществам.

3) H₂CO₃
Угольная кислота ($H_2CO_3$). Является неорганической кислотой и относится к исключениям.

4) C₂H₄
Этен ($C_2H_4$). Это углеводород, его молекула состоит из атомов углерода и водорода и содержит как углерод-углеродную связь, так и углерод-водородные связи. Углеводороды — это основной класс органических соединений. Следовательно, этен — это органическое вещество.

Ответ: 4

2. Неправильно написана формула

1) $CH_3-CH_3$

2) $CH_3Cl$

3) $CH\equiv C-CH_3$

4) $CH_3-CH_3-OH$

Решение

Чтобы определить, какая из предложенных формул написана неправильно, необходимо проверить соблюдение валентности для каждого атома. В органических соединениях атом углерода ($C$) всегда четырёхвалентен, то есть образует четыре химические связи. Атом водорода ($H$) одновалентен, а атом кислорода ($O$) двухвалентен.

1) $CH_3-CH_3$

Это формула этана. Каждый атом углерода связан с тремя атомами водорода и одним другим атомом углерода. Общее число связей для каждого атома углерода равно $3 + 1 = 4$. Валентность углерода соблюдена. Формула написана правильно.

2) $CH_3Cl$

Это формула хлорметана. Атом углерода связан с тремя атомами водорода и одним атомом хлора. Общее число связей у атома углерода равно $3 + 1 = 4$. Валентность углерода соблюдена. Формула написана правильно.

3) $CH \equiv C-CH_3$

Это формула пропина. Первый атом углерода ($CH$) связан с одним атомом водорода и тройной связью со вторым атомом углерода ($1 + 3 = 4$ связи). Второй атом углерода ($C$) связан тройной связью с первым углеродом и одинарной со вторым ($3 + 1 = 4$ связи). Третий атом углерода ($CH_3$) связан с тремя атомами водорода и одним атомом углерода ($3 + 1 = 4$ связи). Валентность всех атомов углерода соблюдена. Формула написана правильно.

4) $CH_3-CH_3-OH$

В этой структурной формуле первый атом углерода ($CH_3$) связан с тремя атомами водорода и одним атомом углерода ($3 + 1 = 4$ связи). Его валентность соблюдена. Однако второй атом углерода, который также обозначен как $CH_3$, оказывается связанным с тремя атомами водорода, одним атомом углерода и группой $-OH$. Таким образом, общее число связей у второго атома углерода составляет $3 + 1 + 1 = 5$. Это нарушает правило валентности, так как углерод не может быть пятивалентным. Правильная формула для соответствующего спирта (этанола) — $CH_3-CH_2-OH$. Следовательно, данная формула написана неправильно.

Ответ: 4.

3. Углерод-углеродные связи в молекулах веществ могут быть

1) одинарными

2) тройными

3) двойными

4) все предыдущие ответы верны

Атомы углерода обладают уникальной способностью, называемой катенацией, — образовывать между собой прочные ковалентные связи различной кратности. Это свойство лежит в основе огромного разнообразия органических соединений. Рассмотрим все возможные типы углерод-углеродных связей, представленные в вариантах ответа.

1) одинарными
Углерод-углеродная одинарная связь ($C-C$) образуется при совместном использовании одной пары электронов двумя атомами углерода. Это $\sigma$-связь (сигма-связь), которая является наиболее распространенным типом связи между атомами углерода. Она присутствует в молекулах предельных углеводородов — алканов, например, в этане ($C_2H_6$). Таким образом, это утверждение верно.

2) тройными
Углерод-углеродная тройная связь ($C \equiv C$) образуется, когда два атома углерода делят между собой три пары электронов. Такая связь состоит из одной $\sigma$-связи и двух $\pi$-связей (пи-связей). Тройные связи характерны для класса непредельных углеводородов — алкинов, например, для этина (ацетилена, $C_2H_2$). Таким образом, это утверждение также верно.

3) двойными
Углерод-углеродная двойная связь ($C=C$) возникает при обобществлении двух электронных пар. Она состоит из одной $\sigma$-связи и одной $\pi$-связи. Двойные связи определяют свойства класса непредельных углеводородов — алкенов, например, этена ($C_2H_4$). Таким образом, и это утверждение верно.

Поскольку все три предыдущих варианта ответа являются правильными, то наиболее полным и верным ответом будет тот, который их объединяет.

Ответ: 4) все предыдущие ответы верны

4. Верны ли следующие суждения об этилене?

А. Этилен — непредельный углеводород.

Б. В молекуле этилена между атомами углерода двойная связь.

1) верно только А

2) верно только Б

3) оба суждения верны

4) оба суждения неверны

Решение:

Для определения правильного ответа проанализируем каждое суждение.

А. Этилен — непредельный углеводород.
Этилен (согласно номенклатуре ИЮПАК — этен) имеет химическую формулу $C_2H_4$. Он является углеводородом, так как состоит только из атомов углерода (C) и водорода (H).
Углеводороды делятся на предельные (насыщенные) и непредельные (ненасыщенные). Непредельными называют углеводороды, в молекулах которых есть хотя бы одна кратная связь между атомами углерода — двойная ($C=C$) или тройная ($C \equiv C$). Наличие таких связей означает, что молекула содержит меньше атомов водорода, чем максимально возможное для данного числа атомов углерода, и может вступать в реакции присоединения.
Структурная формула этилена $CH_2=CH_2$ показывает, что между атомами углерода присутствует двойная связь. Следовательно, этилен относится к классу непредельных углеводородов (алкенов).
Таким образом, суждение А верно.

Б. В молекуле этилена между атомами углерода двойная связь.
Как уже было показано выше, структурная формула этилена — $CH_2=CH_2$. Эта формула явно указывает на то, что два атома углерода соединены друг с другом двойной связью. Эта связь состоит из одной прочной $\sigma$-связи (сигма-связи) и одной менее прочной $\pi$-связи (пи-связи).
Таким образом, суждение Б верно.

Поскольку оба суждения (А и Б) являются верными, правильным вариантом ответа является тот, который утверждает, что верны оба суждения.

Ответ: 3

5. Для полного сгорания 20 л метана (н. у.) необходим кислород объемом

1) 20 л

2) 40 л

3) 22,4 л

4) 44,8 л

Дано:
Объём метана $V(CH_4) = 20$ л
Условия: нормальные (н. у.)

Найти:
Объём кислорода $V(O_2)$ - ?

Решение:
Для решения задачи сначала составим уравнение реакции полного сгорания метана ($CH_4$). Продуктами полного сгорания углеводородов являются углекислый газ ($CO_2$) и вода ($H_2O$).
Уравнение реакции в сбалансированном виде выглядит следующим образом:
$CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$
Из уравнения реакции следует, что для сгорания 1 моль метана требуется 2 моль кислорода.
Согласно закону объёмных отношений Гей-Люссака, объёмы вступающих в реакцию и образующихся газов при одинаковых условиях (в данном случае, нормальных) относятся друг к другу как их стехиометрические коэффициенты в уравнении реакции.
Следовательно, соотношение объёмов метана и кислорода равно:
$V(CH_4) : V(O_2) = 1 : 2$
Отсюда можно выразить объём кислорода:
$V(O_2) = 2 \cdot V(CH_4)$
Подставим в формулу известный объём метана:
$V(O_2) = 2 \cdot 20 \text{ л} = 40 \text{ л}$
Таким образом, для полного сгорания 20 л метана необходим кислород объёмом 40 л, что соответствует варианту ответа 2).

Ответ: 40 л.

6. При гидрировании ацетилена избытком водорода образуется

1) пропан

2) этан

3) этилен

4) метан

Решение:

Гидрирование — это химическая реакция присоединения водорода к органическому веществу по месту разрыва кратных (двойных или тройных) связей в присутствии катализатора (например, Ni, Pt, Pd).

Ацетилен (систематическое название — этин) имеет химическую формулу $C_2H_2$ и структурную формулу $H-C \equiv C-H$. Его молекула содержит тройную связь между атомами углерода, которая состоит из одной сигма-связи и двух пи-связей.

Гидрирование ацетилена происходит поэтапно.

Этап 1: Присоединение одной молекулы водорода ($H_2$) к ацетилену. Разрывается одна из пи-связей, и тройная связь превращается в двойную. Продуктом этой реакции является этилен (этен).

$C_2H_2 + H_2 \xrightarrow{кат.} C_2H_4$

$H-C \equiv C-H + H_2 \xrightarrow{кат.} H_2C=CH_2$

Этап 2: Образовавшийся этилен, имея двойную связь, может присоединить еще одну молекулу водорода. При этом разрывается оставшаяся пи-связь, и двойная связь превращается в одинарную. Продуктом этой реакции является этан, который является предельным (насыщенным) углеводородом.

$C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{кат.} C_2H_6$

$H_2C=CH_2 + H_2 \xrightarrow{кат.} CH_3-CH_3$

В условии задачи сказано, что реакция протекает с избытком водорода. Это означает, что водорода достаточно для того, чтобы реакция прошла до конца, то есть до полного насыщения углеводорода. Таким образом, пройдут обе стадии гидрирования, и конечным продуктом будет этан.

Суммарное уравнение реакции полного гидрирования ацетилена:

$C_2H_2 + 2H_2 \xrightarrow{кат.} C_2H_6$

Анализируя варианты ответов:

1) пропан ($C_3H_8$) - содержит 3 атома углерода, в то время как в ацетилене их 2. Реакция гидрирования не изменяет число атомов углерода в цепи.

2) этан ($C_2H_6$) - продукт полного гидрирования ацетилена. Это верный ответ.

3) этилен ($C_2H_4$) - промежуточный продукт гидрирования. Он был бы конечным продуктом при недостатке водорода.

4) метан ($CH_4$) - содержит 1 атом углерода. В обычных условиях гидрирования связи C-C не разрываются.

Ответ: 2) этан.