Номер 141, страница 44 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

141. *Рассчитайте мольные доли монохлорпроизводных 2-метилбутана, образующихся в результате радикального хлорирования, если скорости замещения одного атома водорода при первичном, вторичном и третичном атомах углерода в условиях опыта относятся как $1 : 3,9 : 5,1$.

Дано:

Исходное вещество: 2-метилбутан.

Отношение скоростей замещения одного атома водорода при первичном (1°), вторичном (2°) и третичном (3°) атомах углерода: $v_{1°} : v_{2°} : v_{3°} = 1 : 3,9 : 5,1$.

Найти:

Мольные доли $(\chi)$ образующихся монохлорпроизводных.

Решение:

1. Сначала определим строение 2-метилбутана и проанализируем типы атомов водорода в его молекуле. Структурная формула 2-метилбутана с нумерацией атомов углерода:

$C^1H_3 - \underset{\overset{|}{C^5H_3}}{C^2H} - C^3H_2 - C^4H_3$

В молекуле 2-метилбутана можно выделить четыре типа неэквивалентных атомов водорода, замещение которых приводит к образованию четырех различных изомерных монохлорпроизводных:

- Атомы водорода при C1 и C5: Это 6 эквивалентных первичных атомов водорода. При замещении одного из них образуется 1-хлор-2-метилбутан.

- Атомы водорода при C4: Это 3 первичных атома водорода, неэквивалентных предыдущим. При замещении одного из них образуется 1-хлор-3-метилбутан.

- Атомы водорода при C3: Это 2 вторичных атома водорода. При замещении одного из них образуется 2-хлор-3-метилбутан.

- Атом водорода при C2: Это 1 третичный атом водорода. При замещении его образуется 2-хлор-2-метилбутан.

2. Рассчитаем относительную вероятность образования (относительное количество) каждого из продуктов. Она пропорциональна произведению числа атомов водорода данного типа на относительную скорость их замещения.

Относительное количество 1-хлор-2-метилбутана = (число атомов H) $\times$ (относительная скорость) = $6 \times 1 = 6$ условных единиц.

Относительное количество 1-хлор-3-метилбутана = $3 \times 1 = 3$ условных единиц.

Относительное количество 2-хлор-3-метилбутана = $2 \times 3,9 = 7,8$ условных единиц.

Относительное количество 2-хлор-2-метилбутана = $1 \times 5,1 = 5,1$ условных единиц.

3. Найдем суммарное относительное количество всех продуктов, чтобы использовать его для нормировки:

Сумма = $6 + 3 + 7,8 + 5,1 = 21,9$

4. Рассчитаем мольные доли $(\chi)$ каждого продукта, разделив его относительное количество на суммарное.

$\chi(\text{1-хлор-2-метилбутан}) = \frac{6}{21,9} \approx 0,274$ (или 27,4%)

$\chi(\text{1-хлор-3-метилбутан}) = \frac{3}{21,9} \approx 0,137$ (или 13,7%)

$\chi(\text{2-хлор-3-метилбутан}) = \frac{7,8}{21,9} \approx 0,356$ (или 35,6%)

$\chi(\text{2-хлор-2-метилбутан}) = \frac{5,1}{21,9} \approx 0,233$ (или 23,3%)

Ответ: Мольные доли монохлорпроизводных 2-метилбутана составляют: 1-хлор-2-метилбутан ≈ 0,274; 1-хлор-3-метилбутан ≈ 0,137; 2-хлор-3-метилбутан ≈ 0,356; 2-хлор-2-метилбутан ≈ 0,233.