Номер 213, страница 57 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

213. Углеводород А легче воздуха, при гидрировании образует вещество Б тяжелее воздуха. Вещество Б вступает в реакцию замещения с хлором, образуя бесцветный легкосжижаемый газ В, применяемый для анестезии.

Известно, что при сгорании углеводорода А в избытке кислорода образуются одинаковые количества (моль) углекислого газа и воды. Приведите формулы веществ А, Б и В. Напишите уравнения реакций.

Дано:

Углеводород А легче воздуха (средняя молярная масса воздуха $M_{возд.} \approx 29$ г/моль).

Углеводород Б, продукт гидрирования А, тяжелее воздуха.

При сгорании углеводорода А образуются одинаковые количества вещества (моль) $CO_2$ и $H_2O$, то есть $n(CO_2) = n(H_2O)$.

Вещество В, продукт реакции замещения Б с хлором, применяется для анестезии.

Найти:

Формулы веществ А, Б, В и уравнения реакций.

Решение:

1. Определим молекулярную формулу углеводорода А.

Напишем уравнение реакции горения углеводорода $C_xH_y$ в общем виде:

$C_xH_y + (x + \frac{y}{4})O_2 \rightarrow xCO_2 + \frac{y}{2}H_2O$

Согласно условию, количества вещества углекислого газа и воды, образовавшихся в реакции, равны:

$n(CO_2) = n(H_2O)$

Из стехиометрических коэффициентов уравнения реакции следует, что $x = \frac{y}{2}$, или $y = 2x$.

Таким образом, общая формула углеводорода А - $C_xH_{2x}$. Эта формула соответствует классу алкенов или циклоалканов.

Молярная масса вещества с такой формулой равна: $M(C_xH_{2x}) = 12x + 1 \cdot 2x = 14x$ г/моль.

По условию, углеводород А легче воздуха, средняя молярная масса которого составляет 29 г/моль. Составим неравенство:

$M(A) < 29$

$14x < 29$

$x < \frac{29}{14} \approx 2.07$

Поскольку $x$ (число атомов углерода) — целое положительное число, единственно возможное значение, которое меньше 2.07, это $x=2$ (при $x=1$ получается радикал $CH_2$, а не стабильный углеводород).

При $x=2$, $y = 2 \cdot 2 = 4$. Следовательно, формула вещества А — $C_2H_4$. Это этен (этилен).

Проверим его молярную массу: $M(C_2H_4) = 2 \cdot 12 + 4 \cdot 1 = 28$ г/моль. Это значение действительно меньше 29 г/моль.

Таким образом, вещество А – этен, $C_2H_4$.

2. Определим вещество Б.

Вещество Б образуется при гидрировании (присоединении водорода) вещества А (этена):

$C_2H_4 + H_2 \xrightarrow{Ni, t} C_2H_6$

Продуктом реакции является этан, $C_2H_6$. Это вещество Б.

Проверим, соответствует ли это условию "тяжелее воздуха":

$M(C_2H_6) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 30$ г/моль. Это значение больше 29 г/моль, что соответствует условию.

Таким образом, вещество Б – этан, $C_2H_6$.

3. Определим вещество В.

Вещество В образуется в результате реакции замещения вещества Б (этана) с хлором. Это реакция свободно-радикального галогенирования, приводящая к образованию хлорэтана:

$C_2H_6 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_2H_5Cl + HCl$

Вещество В – это хлорэтан ($C_2H_5Cl$). Указание на то, что это "бесцветный легкосжижаемый газ, применяемый для анестезии", подтверждает этот вывод. Хлорэтан (этилхлорид) — газ с температурой кипения 12.3°C, который исторически применялся для наркоза.

Таким образом, вещество В – хлорэтан, $C_2H_5Cl$.

Ответ:

Формула вещества А (этен): $C_2H_4$.

Формула вещества Б (этан): $C_2H_6$.

Формула вещества В (хлорэтан): $C_2H_5Cl$.

Уравнения реакций:

1) Гидрирование этена (А) в этан (Б):

$CH_2=CH_2 + H_2 \xrightarrow{Ni, t} CH_3-CH_3$

2) Хлорирование этана (Б) в хлорэтан (В):

$CH_3-CH_3 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} CH_3-CH_2Cl + HCl$

Дополнительно, реакция горения этена (А), упомянутая в условии:

$C_2H_4 + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 2H_2O$