Номер 126, страница 42 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

126. Сколько алканов может образоваться в результате пропускания паров н-пентана через нагретый реактор, наполненный катализатором? Количественный состав молекул при этом не изменяется. Напишите уравнения протекающих реакций. Можно ли при написании этих уравнений использовать молекулярные формулы веществ?

Пропускание паров н-пентана через нагретый реактор с катализатором приводит к реакции изомеризации. Изомеризация — это химическая реакция, в результате которой происходит структурное перегруппирование атомов в молекуле, что приводит к образованию её изомера. Ключевым условием, указанным в задаче, является то, что количественный состав молекул не изменяется, что и характеризует процесс изомеризации.

Исходное вещество — н-пентан, его молекулярная формула $C_5H_{12}$. Продукты реакции, согласно условию, должны иметь ту же молекулярную формулу, то есть являться структурными изомерами пентана. Всего существует три алкана с формулой $C_5H_{12}$:

н-пентан: $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3$

изопентан (2-метилбутан): $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$

неопентан (2,2-диметилпропан): $C(CH_3)_4$

Поскольку н-пентан является исходным веществом, в ходе реакции могут образоваться два других его изомера.

Ответ: Могут образоваться два новых алкана: изопентан (2-метилбутан) и неопентан (2,2-диметилпропан).

Реакции изомеризации являются обратимыми и в условиях катализа (например, хлорид алюминия $AlCl_3$) и нагревания приводят к образованию равновесной смеси всех изомеров. Уравнения реакций образования изомеров из н-пентана:

1. Изомеризация н-пентана в изопентан (2-метилбутан):
$CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \rightleftharpoons CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$

2. Изомеризация н-пентана в неопентан (2,2-диметилпропан):
$CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \rightleftharpoons C(CH_3)_4$

Ответ: Уравнения реакций:

$CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \rightleftharpoons CH_3-CH(CH_3)-CH_2-CH_3$
$CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-CH_3 \rightleftharpoons C(CH_3)_4$

Использовать молекулярные формулы для записи уравнений реакций изомеризации некорректно. Все изомеры пентана (н-пентан, изопентан и неопентан) имеют одинаковую молекулярную формулу: $C_5H_{12}$. Если записать уравнение в молекулярном виде, оно будет выглядеть так: $C_5H_{12} \rightleftharpoons C_5H_{12}$. Такая запись не отражает сути химического превращения, которая заключается в изменении порядка соединения атомов в молекуле (перестройке углеродного скелета). Поэтому для корректного описания реакций изомеризации необходимо использовать структурные или сокращенные структурные формулы, которые наглядно демонстрируют структурные изменения.

Ответ: Нет, использовать молекулярные формулы при написании этих уравнений нельзя, так как они одинаковы для исходного вещества и продуктов ($C_5H_{12}$) и не отражают изменения в строении молекулы, что является сутью реакции изомеризации.