Номер 8, страница 258 - гдз по химии 10 класс учебник Колевич, Матулис

8. Некоторое органическое соединение, помимо углерода и водорода, содержит азот, массовая доля которого $23.7\%$. Это соединение взаимодействует с соляной кислотой с образованием соли, его молекула содержит два углеводородных радикала и один атом азота. На основании этих данных:

а) Установите молекулярную формулу органического соединения.

б) Составьте его структурную формулу.

в) Приведите уравнение реакции его взаимодействия с соляной кислотой.

Дано:

Органическое соединение: $C_xH_yN_z$

Массовая доля азота $w(N) = 23,7 \% = 0.237$

Число атомов азота в молекуле ($z$) = 1

Число углеводородных радикалов = 2

Найти:

а) Молекулярную формулу соединения

б) Структурную формулу соединения

в) Уравнение реакции с соляной кислотой ($HCl$)

Решение:

а) Установите молекулярную формулу органического соединения.

1. Общая формула соединения, исходя из условия, что в молекуле содержится один атом азота, — $C_xH_yN$.

2. Массовая доля элемента в соединении определяется по формуле:

$w(Э) = \frac{n \cdot Ar(Э)}{Mr(соед.)}$

где $n$ — число атомов элемента в молекуле, $Ar(Э)$ — относительная атомная масса элемента, $Mr(соед.)$ — относительная молекулярная масса соединения.

3. Используя данные о массовой доле азота ($w(N) = 0.237$) и его относительной атомной массе ($Ar(N) \approx 14$), найдем молярную массу искомого соединения:

$Mr(C_xH_yN) = \frac{1 \cdot Ar(N)}{w(N)} = \frac{14}{0.237} \approx 59.07$

Округляем до ближайшего целого числа, так как молярная масса, выраженная в а.е.м., должна быть близка к целому значению. $Mr(C_xH_yN) = 59$.

4. Молярная масса соединения складывается из масс всех входящих в него атомов:

$Mr(C_xH_yN) = x \cdot Ar(C) + y \cdot Ar(H) + 1 \cdot Ar(N)$

$59 = 12x + 1y + 14$

5. Найдем суммарную массу атомов углерода и водорода:

$12x + y = 59 - 14 = 45$

6. Подберем целочисленные значения $x$ и $y$. Так как $12x < 45$, то $x$ может быть равен 1, 2 или 3.

• Если $x=1$, то $y = 45 - 12 \cdot 1 = 33$. Формула $CH_{33}$ невозможна.
• Если $x=2$, то $y = 45 - 12 \cdot 2 = 21$. Формула $C_2H_{21}$ невозможна.
• Если $x=3$, то $y = 45 - 12 \cdot 3 = 9$. Формула $C_3H_9$ возможна. Для насыщенных аминов общая формула $C_nH_{2n+3}N$. При $n=3$ число атомов водорода равно $2 \cdot 3 + 3 = 9$. Это соответствует найденному значению.

Таким образом, простейшая и молекулярная формула соединения — $C_3H_9N$.

Ответ: Молекулярная формула органического соединения — $C_3H_9N$.

б) Составьте его структурную формулу.

Из условия известно, что соединение взаимодействует с соляной кислотой, образуя соль. Это указывает на наличие основных свойств, характерных для аминов. Также указано, что молекула содержит один атом азота и два углеводородных радикала. Это означает, что соединение является вторичным амином, общая формула которого $R_1-NH-R_2$.

Необходимо распределить 3 атома углерода ($C_3$) и 9 атомов водорода ($H_9$) между двумя радикалами $R_1$ и $R_2$. Единственный способ сделать это — взять метильный радикал ($-CH_3$) и этильный радикал ($-C_2H_5$).

Структурная формула соединения (N-метилэтиламин):

$CH_3 - NH - CH_2 - CH_3$

Проверим соответствие молекулярной формуле: 3 атома углерода, $3+1+2+3=9$ атомов водорода, 1 атом азота. Все сходится.

Ответ: Структурная формула: $CH_3 - NH - CH_2 - CH_3$.

в) Приведите уравнение реакции его взаимодействия с соляной кислотой.

Амины являются органическими основаниями и реагируют с кислотами по донорно-акцепторному механизму. Неподеленная электронная пара атома азота образует связь с протоном ($H^+$) соляной кислоты, в результате чего образуется соль — хлорид N-метилэтиламмония.

$CH_3-NH-C_2H_5 + HCl \rightarrow [CH_3-NH_2-C_2H_5]^+Cl^-$

Ответ: $CH_3 - NH - CH_2 - CH_3 + HCl \rightarrow [CH_3 - N(H_2) - CH_2 - CH_3]^+Cl^-$.