Решебник по химии 10 класс Габриелян | Страница 44

Проверьте свои знания

1. Какие углеводороды называют ароматическими? Приведите формулы трёх первых представителей гомологического ряда аренов. Что общего в их строении? Чем они различаются?

Ароматическими углеводородами называют такие углеводороды, в молекулах которых содержится бензольное кольцо и которые имеют общую формулу CₙH₂ₙ₋₆. Их другое название — арены. Главное отличие ароматических углеводородов от других непредельных соединений заключается в особом строении бензольного кольца. В нём электроны двойных связей делокализованы по всему кольцу, образуя устойчивую π-систему. Благодаря этому арены не вступают в реакции присоединения, а преимущественно — в реакции замещения.

Три первых представителя гомологического ряда аренов:

4. Бензол: C₆H₆

5. Метилбензол (толуол): C₆H₅−CH₃

6. Этилбензол: C₆H₅−CH₂CH₃

Общее в их строении — наличие бензольного кольца, которое представляет собой замкнутую систему из шести атомов углерода с делокализованными π-электронами. Все эти соединения являются аренами, и в химических реакциях сохраняют ароматическую систему.

Различие между ними заключается в наличии и характере заместителей. У бензола нет заместителей, у толуола — одна метильная группа, у этилбензола — этильная. Эти различия влияют на свойства веществ и на направление химических реакций в кольце (влияние заместителей на орто-, мета- и пара-положения).

2. Какие из перечисленных свойств соответствуют бензолу:

а) бесцветная жидкость;

б) бесцветный газ;

в) кристаллическое вещество;

г) без запаха;

д) с характерным запахом;

е) нерастворим в воде;

ж) легче воды;

з) тяжелее воды;

и) является хорошим растворителем;

к) очень ядовит?

Бензол — это бесцветная жидкость с характерным запахом, который ощущается даже при малой концентрации. Он нерастворим в воде, так как имеет неполярную молекулу, и при этом образует отдельный слой на поверхности воды, поскольку бензол легче воды. Также бензол — хороший органический растворитель, в нём хорошо растворяются жиры, воски, смолы и другие неполярные вещества. Но при этом бензол — очень ядовит, его пары опасны для здоровья и могут вызывать отравления при вдыхании.

Следовательно, правильные свойства бензола: а) бесцветная жидкость

д) с характерным запахом

е) нерастворим в воде

ж) легче воды

и) является хорошим растворителем

к) очень ядовит

Стр. 44

Примените свои знания

3. Выведите молекулярную формулу углеводорода, молекулы которого содержат 92,31 % углерода, а плотность его паров по водороду равна 39.

Найдём молекулярную массу вещества:

Плотность по водороду показывает, во сколько раз молекула тяжелее атома водорода (1 г/моль).

M = 39 × 2 = 78 г/моль

Найдём массу углерода:

(92,31% от 78 г = 78 × 0,9231 ≈ 72 г углерода)

Масса водорода:

78 − 72 = 6 г водорода

Количество атомов:

C: 72 / 12 = 6

H: 6 / 1 = 6

Ответ: молекулярная формула углеводорода — C₆H₆ (бензол).

4. Какие два вещества вступили в реакцию, если в результате образовались следующие продукты:

а) C₆H₅Cl и HCl

б) C₆H₅NO₂ и H₂O

а) Образование хлорбензола (C₆H₅Cl) и соляной кислоты (HCl) говорит о реакции замещения в бензольном кольце:

(C₆H₆ + Cl₂ → C₆H₅Cl + HCl)

б) Образование нитробензола (C₆H₅NO₂) и воды — это нитрование бензола:

(C₆H₆ + HNO₃ → C₆H₅NO₂ + H₂O) — в присутствии H₂SO₄ (катализатор)

5. Какой объём бензола (плотностью 0,9 г/мл) потребуется для получения 61,5 г нитробензола, если выход продукта реакции составляет 90%?

Уравнение:

(C₆H₆ + HNO₃ → C₆H₅NO₂ + H₂O)

Mr(C₆H₆) = 78, Mr(C₆H₅NO₂) = 123

Из 78 г бензола → 123 г нитробензола (теоретически)

Найдём массу нитробензола по 100%:

123 г → 100%

61,5 г → x

x = 61,5 / 0,9 = 68,33 г (теоретически должно быть столько при 100%)

На 123 г нитробензола нужно 78 г бензола

На 68,33 г нужно:

(78 / 123) × 68,33 ≈ 43,33 г бензола

Теперь объём:

V = m / ρ = 43,33 / 0,9 ≈ 48,15 мл

Ответ: потребуется приблизительно 48,15 мл бензола.

6. Какую массу бромбензола можно получить при бромировании 117 г бензола бромом массой 316 г? Какое из исходных веществ прореагирует не полностью и какова масса избытка этого вещества?

Уравнение:

(C₆H₆ + Br₂ → C₆H₅Br + HBr)

Mr(C₆H₆) = 78

Mr(Br₂) = 160

Mr(C₆H₅Br) = 157

1 моль бензола (78 г) + 1 моль Br₂ (160 г) → 1 моль C₆H₅Br (157 г)

Находим количество вещества:

n(C₆H₆) = 117 / 78 = 1,5 моль

n(Br₂) = 316 / 160 = 1,975 моль

Брома больше, чем нужно. Следовательно, избытке бром, а бензол полностью прореагирует.

Масса продукта:

1,5 моль × 157 г/моль = 235,5 г бромбензола

Масса израсходованного брома:

1,5 моль × 160 = 240 г

Избыток брома: 316 − 240 = 76 г

Ответ:

Масса бромбензола — 235,5 г

Бром в избытке, масса избытка — 76 г.

Стр. 44

Используйте дополнительную информацию

7. Составьте и заполните обобщающую таблицу по теме «Углеводороды», в которой отразите следующие особенности классов этих органических соединений: состав, строение, способы получения, химические свойства, области применения.

Параграф 8. Природный газ

Стр. 44

Вопрос

1. Рассмотрите пламя газовой зажигалки. Сравните его цвет с цветом пламени газовой конфорки бытовой плиты. Чем, на ваш взгляд, можно объяснить наблюдаемое различие?

Пламя газовой зажигалки обычно имеет жёлто-оранжевый цвет, в то время как пламя газовой конфорки плиты — синеватое или голубое. Это различие связано с условиями горения газа, прежде всего с количеством поступающего кислорода.

В зажигалке кислорода мало, горение происходит неполное, и в результате образуется сажа (мелкие частицы углерода), которая раскаляется и придаёт пламени жёлтый цвет. Такое пламя называется коптящим, и оно менее горячее.

А вот в газовой плите пламя голубое, потому что кислород подаётся в нужном количестве, и горение газа (обычно метана или бутана) полное. При полном сгорании образуются только углекислый газ и вода, а пламя — более горячее и не коптит.

Вывод: различие в цвете пламени объясняется тем, что в зажигалке газ горит с недостатком кислорода (неполное горение), а в плите — с избытком кислорода (полное горение).