Номер 5, страница 112 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

5. Выведите общую формулу гомологического ряда бензола.

Решение

Гомологический ряд бензола, также известный как ряд аренов (ароматических углеводородов), представляет собой группу органических соединений, которые имеют сходное строение и химические свойства. Все члены этого ряда содержат одно бензольное кольцо и отличаются друг от друга на одну или несколько групп –$CH_2$– (гомологическая разность).

Чтобы вывести общую формулу, рассмотрим несколько первых представителей этого ряда:

1. Бензол. Это родоначальник гомологического ряда. Его молекулярная формула — $C_6H_6$.

2. Толуол (метилбензол). Следующий член ряда, который образуется при замене одного атома водорода в молекуле бензола на метильную группу (–$CH_3$). Его формула $C_6H_5CH_3$, что в брутто-формуле выглядит как $C_7H_8$.

3. Этилбензол. Образуется при замене одного атома водорода на этильную группу (–$C_2H_5$). Его формула $C_6H_5C_2H_5$, или $C_8H_{10}$. Изомерные ему ксилолы (диметилбензолы), например, о-ксилол $C_6H_4(CH_3)_2$, также имеют общую формулу $C_8H_{10}$.

4. Пропилбензол. Образуется при замене на пропильную группу (–$C_3H_7$). Формула $C_6H_5C_3H_7$, или $C_9H_{12}$.

Соберем формулы в таблицу и проанализируем соотношение атомов углерода ($C$) и водорода ($H$):

• Бензол: $C_6H_6$
• Толуол: $C_7H_8$
• Этилбензол: $C_8H_{10}$
• Пропилбензол: $C_9H_{12}$

Обозначим число атомов углерода в молекуле через $n$. Попробуем найти общую зависимость для числа атомов водорода.

Общая формула для насыщенных ациклических углеводородов (алканов) — $C_nH_{2n+2}$.

При образовании цикла отнимается два атома водорода, что дает формулу для циклоалканов $C_nH_{2n}$.

Бензольное кольцо содержит три двойные связи. Образование каждой двойной связи требует удаления еще двух атомов водорода. Таким образом, для образования трех двойных связей нужно отнять $3 \times 2 = 6$ атомов водорода.

В результате получаем общую формулу: $C_nH_{2n - 6}$.

Проверим, подходит ли эта формула для наших примеров:

• Для бензола ($n=6$): $H = 2 \times 6 - 6 = 12 - 6 = 6$. Формула $C_6H_6$. Верно.
• Для толуола ($n=7$): $H = 2 \times 7 - 6 = 14 - 6 = 8$. Формула $C_7H_8$. Верно.
• Для этилбензола ($n=8$): $H = 2 \times 8 - 6 = 16 - 6 = 10$. Формула $C_8H_{10}$. Верно.
• Для пропилбензола ($n=9$): $H = 2 \times 9 - 6 = 18 - 6 = 12$. Формула $C_9H_{12}$. Верно.

Формула $C_nH_{2n-6}$ верна для всех представителей гомологического ряда бензола. Поскольку самый простой член ряда, бензол, содержит 6 атомов углерода, то для данного гомологического ряда должно выполняться условие $n \ge 6$.

Ответ: Общая формула гомологического ряда бензола: $C_nH_{2n-6}$ (где $n \ge 6$).