Страница 327 - гдз по химии 9 класс учебник Габриелян

4. Две и более функциональные группы содержат молекулы:

1) этилена

2) глицерина

3) глицина

4) этана

5) этанола

Для того чтобы определить, какие из предложенных молекул содержат две и более функциональные группы, необходимо проанализировать строение каждого соединения.

Молекула этилена, или этена, имеет химическую формулу $C_2H_4$ и структурную формулу $CH_2=CH_2$. В ней присутствует одна функциональная группа — двойная углерод-углеродная связь ($C=C$), которая определяет химические свойства алкенов. Так как функциональная группа одна, этот вариант не удовлетворяет условию задачи.

Ответ: не подходит.

Молекула глицерина, или пропан-1,2,3-триола, имеет химическую формулу $C_3H_5(OH)_3$ и структурную формулу $CH_2(OH)-CH(OH)-CH_2(OH)$. В составе молекулы глицерина находятся три гидроксильные группы ($-OH$). Это многоатомный спирт. Количество функциональных групп (три) больше двух, следовательно, этот вариант является правильным.

Ответ: подходит.

Молекула глицина, или аминоуксусной кислоты, имеет химическую формулу $NH_2CH_2COOH$. Глицин является простейшей аминокислотой. Его молекула содержит две различные по природе функциональные группы: аминогруппу ($-NH_2$), обладающую основными свойствами, и карбоксильную группу ($-COOH$), обладающую кислотными свойствами. Наличие двух функциональных групп соответствует условию задачи.

Ответ: подходит.

Молекула этана имеет химическую формулу $C_2H_6$ и структурную формулу $CH_3-CH_3$. Этан относится к классу предельных углеводородов (алканов). Молекулы алканов характеризуются наличием только одинарных связей $C-C$ и $C-H$, которые малоактивны и обычно не рассматриваются как функциональные группы. Таким образом, в молекуле этана нет функциональных групп.

Ответ: не подходит.

Молекула этанола, или этилового спирта, имеет химическую формулу $C_2H_5OH$ и структурную формулу $CH_3-CH_2-OH$. Это одноатомный спирт, в молекуле которого присутствует одна функциональная гидроксильная группа ($-OH$). Так как функциональная группа только одна, этот вариант не удовлетворяет условию.

Ответ: не подходит.

Таким образом, молекулы, содержащие две и более функциональные группы, — это глицерин и глицин.

Ответ: 2, 3

5. Раствор $KMnO_4$ обесцвечивают

1) оливковое масло

2) этан

3) уксусная кислота

4) этиловый спирт

5) этилен

Раствор перманганата калия ($KMnO_4$), имеющий характерную фиолетовую окраску, является сильным окислителем. Он обесцвечивается при реакции с веществами, способными окисляться (восстановителями). В ходе реакции ион марганца $Mn^{+7}$ восстанавливается до соединений с более низкой степенью окисления, которые имеют другой цвет (например, бурый $MnO_2$) или бесцветны (например, ион $Mn^{2+}$). Проанализируем каждое вещество из списка.

1) оливковое масло

Оливковое масло представляет собой смесь сложных эфиров глицерина и высших жирных кислот, среди которых преобладают ненасыщенные, в частности олеиновая кислота ($C_{17}H_{33}COOH$). Ненасыщенные кислоты содержат в своей структуре одну или несколько двойных связей углерод-углерод ($C=C$). Эти двойные связи являются реакционноспособными центрами и легко окисляются под действием перманганата калия (реакция Вагнера). В результате реакции фиолетовый раствор $KMnO_4$ обесцвечивается. Следовательно, оливковое масло обесцвечивает раствор перманганата калия.
Ответ: обесцвечивает.

2) этан

Этан ($C_2H_6$) — это предельный углеводород (алкан). В его молекуле все связи одинарные, прочные и малополярные. Алканы химически инертны и устойчивы к действию большинства окислителей, включая раствор перманганата калия, при обычных условиях. Реакция не протекает, и цвет раствора не изменяется.
Ответ: не обесцвечивает.

3) уксусная кислота

Уксусная кислота ($CH_3COOH$) — это предельная одноосновная карбоновая кислота. Атом углерода в карбоксильной группе ($-COOH$) уже находится в высокой степени окисления (+3) и проявляет устойчивость к дальнейшему окислению перманганатом калия в обычных условиях. Поэтому уксусная кислота не обесцвечивает раствор $KMnO_4$.
Ответ: не обесцвечивает.

4) этиловый спирт

Этиловый спирт ($C_2H_5OH$) — это первичный спирт. Первичные спирты легко окисляются сильными окислителями, такими как перманганат калия. В зависимости от pH среды и условий проведения реакции, этанол окисляется до ацетальдегида или уксусной кислоты. При этом ион $MnO_4^-$ восстанавливается, что приводит к исчезновению фиолетовой окраски. Например, в кислой среде реакция идет по следующему уравнению:
$5C_2H_5OH + 4KMnO_4 + 6H_2SO_4 \rightarrow 5CH_3COOH + 4MnSO_4 + 2K_2SO_4 + 11H_2O$
Ответ: обесцвечивает.

5) этилен

Этилен ($C_2H_4$), или этен, — это непредельный углеводород (алкен), содержащий двойную связь ($C=C$). Наличие $\pi$-связи делает алкены химически активными и способными легко окисляться. Реакция с холодным водным раствором перманганата калия (проба Байера) является качественной реакцией на двойную связь. В ходе реакции этилен окисляется до двухатомного спирта — этиленгликоля, а фиолетовый раствор $KMnO_4$ обесцвечивается с образованием бурого осадка диоксида марганца ($MnO_2$).
$3CH_2=CH_2 + 2KMnO_4 + 4H_2O \rightarrow 3HO-CH_2-CH_2-OH + 2MnO_2\downarrow + 2KOH$
Ответ: обесцвечивает.

Таким образом, раствор перманганата калия обесцвечивают оливковое масло, этиловый спирт и этилен.

6. Гидролизу подвергаются

1) жиры

2) глюкоза

3) уксусная кислота

4) глицерин

5) белки

Гидролиз — это реакция обменного разложения вещества водой. Этому процессу подвергаются, как правило, сложные соединения (например, полимеры, сложные эфиры), распадаясь на более простые молекулы (мономеры, спирты, кислоты и т.д.). Проанализируем каждый из предложенных вариантов.

1) жиры

Жиры, или триглицериды, являются сложными эфирами, образованными трехатомным спиртом глицерином и высшими карбоновыми кислотами. Сложноэфирные связи ($R-COO-R'$) в молекулах жиров могут быть разорваны при взаимодействии с водой. Этот процесс называется гидролизом жиров. В результате гидролиза жиров образуются глицерин и соответствующие карбоновые кислоты.

Ответ: жиры подвергаются гидролизу.

2) глюкоза

Глюкоза ($C_6H_{12}O_6$) — это моносахарид, то есть простейшая единица углеводов (мономер). Гидролизу подвергаются более сложные углеводы (например, полисахарид крахмал или дисахарид сахароза), которые распадаются на мономеры, в том числе на глюкозу. Сама глюкоза, будучи мономером, дальнейшему гидролизу не подвергается.

Ответ: глюкоза не подвергается гидролизу.

3) уксусная кислота

Уксусная кислота ($CH_3COOH$) — это одноосновная карбоновая кислота. Она является простым соединением и не содержит связей, которые бы разрывались в ходе гидролиза с образованием более простых органических молекул. В водном растворе она лишь обратимо диссоциирует на ионы, что не является реакцией гидролиза в данном контексте.

Ответ: уксусная кислота не подвергается гидролизу.

4) глицерин

Глицерин ($CH_2(OH)CH(OH)CH_2(OH)$) — это трехатомный спирт. Это простое органическое соединение, которое само является одним из продуктов гидролиза жиров. Как и глюкоза, глицерин не является полимером или сложным эфиром и гидролизу не подвергается.

Ответ: глицерин не подвергается гидролизу.

5) белки

Белки — это биополимеры, построенные из остатков аминокислот, которые соединены между собой пептидными связями ($-CO-NH-$). Под действием воды (особенно в присутствии катализаторов — кислот, щелочей или ферментов) пептидные связи разрываются, и белковая молекула распадается на составляющие ее аминокислоты или более короткие пептиды. Этот процесс и есть гидролиз белков.

Ответ: белки подвергаются гидролизу.

7. Реакции полимеризации относятся к реакциям

1) горения

2) присоединения

3) замещения

4) обмена

5) соединения

Решение

Реакция полимеризации — это процесс образования высокомолекулярного вещества (полимера) путем многократного соединения молекул низкомолекулярного вещества (мономера). Классическим примером является полимеризация этилена с образованием полиэтилена:

$n(CH_2=CH_2) \xrightarrow{\text{t, p, kat}} (-CH_2-CH_2-)_n$

В ходе этой реакции происходит разрыв менее прочной $\pi$-связи в двойной связи $C=C$ каждой молекулы этилена, и за счет свободных валентностей мономеры присоединяются друг к другу, образуя длинную полимерную цепь. Атомы не теряются, а лишь перераспределяются с образованием одной большой молекулы.

Проанализируем предложенные варианты:

1) горения – Реакции горения представляют собой взаимодействие вещества с окислителем (обычно кислородом), сопровождающееся выделением тепла и света. Это не относится к полимеризации.

2) присоединения – Реакции присоединения характеризуются тем, что две или более молекулы объединяются в одну, как правило, за счет разрыва кратных связей. Полимеризация является цепью последовательных реакций присоединения. Этот вариант наиболее точно описывает процесс.

3) замещения – В реакциях замещения один атом или группа атомов в молекуле заменяется другими. Это не соответствует механизму полимеризации.

4) обмена – Реакции обмена происходят между двумя сложными веществами, которые обмениваются своими составными частями. Не применимо к полимеризации.

5) соединения – Реакции соединения — это общий класс реакций, в которых из нескольких исходных веществ образуется одно. Полимеризация является частным случаем реакции соединения ($nA \rightarrow A_n$). Однако термин "присоединение" является более специфичным и точным для описания механизма данного процесса в органической химии.

Таким образом, наиболее точной классификацией для реакции полимеризации является реакция присоединения.

Ответ: 2

8. Степени окисления и валентности атомов химических элементов численно равны в молекулах

1) этилена

2) этана

3) метана

4) хлорметана

5) углекислого газа

Для решения этой задачи необходимо для каждого вещества определить валентности и степени окисления всех входящих в его состав атомов и сравнить их численные значения. Валентность – это число химических связей, которые образует атом, она всегда положительна. Степень окисления – это условный заряд атома в молекуле, вычисленный из предположения, что все связи являются ионными, она может быть положительной, отрицательной или равной нулю.

1) этилена

Химическая формула этилена – $C_2H_4$. Структурная формула: $H_2C=CH_2$.

Валентность: каждый атом углерода (C) образует 4 связи (двойную связь с другим атомом C и две одинарные с атомами H), следовательно, валентность углерода равна IV. Каждый атом водорода (H) образует одну связь, его валентность равна I.

Степень окисления: степень окисления водорода в соединениях с неметаллами принимается равной +1. Молекула электронейтральна, поэтому сумма степеней окисления всех атомов равна нулю. Пусть степень окисления углерода $x$. Тогда: $2 \cdot x + 4 \cdot (+1) = 0$, откуда $2x = -4$, и $x = -2$. Степень окисления углерода – -2, водорода – +1.

Сравнение: для атома C валентность IV, а модуль степени окисления $|-2| = 2$. Значения не равны ($4 \neq 2$). Для атома H валентность I, а модуль степени окисления $|+1| = 1$. Значения равны. Так как условие выполняется не для всех атомов, этот вариант не подходит.

Ответ: в молекуле этилена численные значения валентности и степени окисления равны не для всех атомов.

2) этана

Химическая формула этана – $C_2H_6$. Структурная формула: $H_3C-CH_3$.

Валентность: каждый атом углерода (C) образует 4 связи (одну с другим атомом C и три с атомами H), его валентность равна IV. Каждый атом водорода (H) образует одну связь, его валентность равна I.

Степень окисления: степень окисления водорода +1. Пусть степень окисления углерода $x$. Тогда: $2 \cdot x + 6 \cdot (+1) = 0$, откуда $2x = -6$, и $x = -3$. Степень окисления углерода – -3, водорода – +1.

Сравнение: для атома C валентность IV, а модуль степени окисления $|-3| = 3$. Значения не равны ($4 \neq 3$). Для атома H валентность I, а модуль степени окисления $|+1| = 1$. Значения равны. Так как условие выполняется не для всех атомов, этот вариант не подходит.

Ответ: в молекуле этана численные значения валентности и степени окисления равны не для всех атомов.

3) метана

Химическая формула метана – $CH_4$.

Валентность: атом углерода (C) образует 4 связи с четырьмя атомами водорода, его валентность равна IV. Каждый атом водорода (H) образует одну связь, его валентность равна I.

Степень окисления: степень окисления водорода +1. Пусть степень окисления углерода $x$. Тогда: $x + 4 \cdot (+1) = 0$, откуда $x = -4$. Степень окисления углерода – -4, водорода – +1.

Сравнение: для атома C валентность IV, а модуль степени окисления $|-4| = 4$. Значения равны. Для атома H валентность I, а модуль степени окисления $|+1| = 1$. Значения равны. Условие выполняется для всех атомов.

Ответ: в молекуле метана численные значения валентности и степени окисления равны для всех атомов.

4) хлорметана

Химическая формула хлорметана – $CH_3Cl$.

Валентность: атом углерода (C) образует 4 связи, его валентность IV. Атомы водорода (H) и хлора (Cl) образуют по одной связи, их валентность I.

Степень окисления: степень окисления водорода +1, хлора (как более электроотрицательного элемента) -1. Пусть степень окисления углерода $x$. Тогда: $x + 3 \cdot (+1) + 1 \cdot (-1) = 0$, откуда $x + 2 = 0$, и $x = -2$. Степень окисления углерода – -2, водорода – +1, хлора – -1.

Сравнение: для атома C валентность IV, а модуль степени окисления $|-2| = 2$. Значения не равны ($4 \neq 2$). Для атомов H и Cl валентность I и модули степеней окисления $|+1| = 1$ и $|-1| = 1$ соответственно равны. Так как условие выполняется не для всех атомов, этот вариант не подходит.

Ответ: в молекуле хлорметана численные значения валентности и степени окисления равны не для всех атомов.

5) углекислого газа

Химическая формула углекислого газа – $CO_2$. Структурная формула: $O=C=O$.

Валентность: атом углерода (C) образует 4 связи (две двойные), его валентность IV. Каждый атом кислорода (O) образует 2 связи (одну двойную), его валентность II.

Степень окисления: степень окисления кислорода (кроме пероксидов и фторидов) -2. Пусть степень окисления углерода $x$. Тогда: $x + 2 \cdot (-2) = 0$, откуда $x = +4$. Степень окисления углерода – +4, кислорода – -2.

Сравнение: для атома C валентность IV, а модуль степени окисления $|+4| = 4$. Значения равны. Для атома O валентность II, а модуль степени окисления $|-2| = 2$. Значения равны. Условие выполняется для всех атомов.

Ответ: в молекуле углекислого газа численные значения валентности и степени окисления равны для всех атомов.

9. И соляная, и уксусная кислоты взаимодействуют

1) с медью, магнием и цинком

2) с оксидом, гидроксидом и карбонатом кальция

3) с водородом, кислородом и хлором

4) с водой, спиртом, щёлочью

5) с гидроксидами натрия, магния и алюминия

Для ответа на этот вопрос необходимо проанализировать общие химические свойства кислот, представителями которых являются соляная кислота ($HCl$, сильная неорганическая) и уксусная кислота ($CH_3COOH$, слабая органическая). Обе кислоты обладают рядом общих свойств: они реагируют с металлами, стоящими в ряду активности до водорода, с основными и амфотерными оксидами, с основаниями и солями более слабых кислот.

1) с медью, магнием и цинком

Магний ($Mg$) и цинк ($Zn$) являются активными металлами (стоят в электрохимическом ряду напряжений до водорода) и реагируют как с соляной, так и с уксусной кислотой с выделением водорода. Однако медь ($Cu$) — металл, стоящий после водорода, и она не реагирует с этими кислотами. Поэтому данный вариант неверен.

Ответ: Неверно.

2) с оксидом, гидроксидом и карбонатом кальция

Этот вариант перечисляет вещества, относящиеся к разным классам и демонстрирующие типичные свойства кислот:

• Реакция с основным оксидом (оксид кальция $CaO$):
  $CaO + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O$
  $CaO + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Ca + H_2O$
• Реакция с основанием (гидроксид кальция $Ca(OH)_2$):
  $Ca(OH)_2 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + 2H_2O$
  $Ca(OH)_2 + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Ca + 2H_2O$
• Реакция с солью слабой кислоты (карбонат кальция $CaCO_3$):
  $CaCO_3 + 2HCl \rightarrow CaCl_2 + H_2O + CO_2\uparrow$
  $CaCO_3 + 2CH_3COOH \rightarrow (CH_3COO)_2Ca + H_2O + CO_2\uparrow$

Все три вещества вступают в реакцию и с соляной, и с уксусной кислотой. Этот вариант является правильным.

Ответ: Верно.

3) с водородом, кислородом и хлором

Кислоты в обычных условиях не взаимодействуют с простыми веществами, такими как водород ($H_2$), кислород ($O_2$) или хлор ($Cl_2$). Этот вариант неверен.

Ответ: Неверно.

4) с водой, спиртом, щёлочью

Обе кислоты реагируют со щёлочью (реакция нейтрализации) и растворяются в воде (диссоциируют). Однако реакция со спиртами (этерификация) характерна в первую очередь для карбоновых кислот, как уксусная. Соляная кислота не вступает в реакцию этерификации, хотя может реагировать со спиртами с образованием хлоралканов при определенных условиях. Так как не все вещества из списка реагируют с обеими кислотами по одному и тому же типу, этот вариант не является лучшим ответом.

Ответ: Неверно.

5) с гидроксидами натрия, магния и алюминия

Все перечисленные гидроксиды — натрия ($NaOH$, сильное основание), магния ($Mg(OH)_2$, слабое нерастворимое основание) и алюминия ($Al(OH)_3$, амфотерный гидроксид) — реагируют с кислотами. Реакции нейтрализации будут протекать с обеими кислотами. Химически этот вариант также верен, как и вариант 2. Однако вариант 2 демонстрирует реакции кислот с веществами разных классов (оксид, основание, соль), что более полно отражает их общие химические свойства, в то время как этот вариант показывает реакции только с одним классом веществ (гидроксиды). В контексте тестовых заданий обычно выбирается наиболее полный и разносторонний ответ.

Ответ: Верно, но менее предпочтительно, чем вариант 2.

10. Для белков верны следующие утверждения:

1) гидролизуются с образованием молекул углекислого газа и воды

2) гидролизуются с образованием молекул аминокислот

3) являются природными полимерами, образованными взаимодействием множества молекул карбоновых кислот

4) являются природными полимерами, образованными взаимодействием множества молекул аминокислот

5) горят с образованием углекислого газа и воды

Проанализируем каждое утверждение по отдельности:

1) гидролизуются с образованием молекул углекислого газа и воды

Это утверждение неверно. Гидролиз белков представляет собой процесс их расщепления на составляющие мономеры — аминокислоты — под действием воды (часто в присутствии катализаторов: кислот, щелочей или ферментов). Продуктами гидролиза белков являются аминокислоты, а не углекислый газ и вода. Углекислый газ и вода образуются при полном окислении (сгорании) органических веществ.

2) гидролизуются с образованием молекул аминокислот

Это утверждение верно. Белки являются полимерами, построенными из аминокислотных остатков, которые соединены между собой пептидными связями ($–CO–NH–$). В процессе гидролиза эти связи разрываются, и белковая молекула распадается на отдельные аминокислоты. Это одно из ключевых химических свойств белков.

3) являются природными полимерами, образованными взаимодействием множества молекул карбоновых кислот

Это утверждение неверно. Хотя белки и являются природными полимерами, их мономеры — это аминокислоты. Ключевое отличие аминокислот от карбоновых кислот заключается в наличии у аминокислот аминогруппы ($–NH_2$) помимо карбоксильной группы ($–COOH$). Именно за счет взаимодействия этих двух функциональных групп (аминогруппы одной молекулы и карбоксильной группы другой) образуются белки.

4) являются природными полимерами, образованными взаимодействием множества молекул аминокислот

Это утверждение верно. Оно представляет собой точное определение белков (полипептидов). Белки — это биополимеры, мономерами которых служат α-аминокислоты. Процесс их образования из аминокислот называется поликонденсацией.

5) горят с образованием углекислого газа и воды

Это утверждение верно. Белки, как и все органические соединения, содержащие углерод и водород, при полном сгорании в кислороде образуют углекислый газ ($CO_2$) и воду ($H_2O$). Стоит отметить, что поскольку в состав белков обязательно входит азот, продуктами горения также являются азот ($N_2$) или его оксиды. Однако тот факт, что в результате реакции образуются $CO_2$ и $H_2O$, является истинным. Утверждение неполное, но не ложное.

Таким образом, верными являются утверждения 2, 4 и 5.

Ответ: 2, 4, 5.