Номер 254, страница 63 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

254. Алкен, полученный в результате дегидратации спирта массой 24 г, может присоединить водород объемом 8,96 $\text{дм}^3$ (н. у.). Известно, что гидроксильная группа в спирте находится при вторичном атоме углерода. Установите формулу алкена. Приведите уравнения описанных в задаче реакций в структурных формулах.

Дано:

$m(спирта) = 24 \text{ г}$

$V(H_2) = 8,96 \text{ дм}^3 \text{ (н. у.)}$

Спирт - вторичный

Найти:

Формулу алкена - ?

Уравнения реакций - ?

Решение:

1. Запишем уравнения реакций в общем виде. Реакция дегидратации предельного одноатомного спирта (отщепление воды) приводит к образованию алкена:

$C_nH_{2n+1}OH \xrightarrow{H_2SO_4, t} C_nH_{2n} + H_2O$

Реакция гидрирования (присоединения водорода) алкена:

$C_nH_{2n} + H_2 \xrightarrow{кат.} C_nH_{2n+2}$

2. Найдем количество вещества водорода, которое может присоединить алкен. При нормальных условиях (н. у.) молярный объем любого газа $V_m$ составляет $22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}$.

$n(H_2) = \frac{V(H_2)}{V_m} = \frac{8,96 \text{ дм}^3}{22,4 \text{ дм}^3/\text{моль}} = 0,4 \text{ моль}$

3. Из уравнения реакции гидрирования видно, что алкен и водород реагируют в соотношении 1:1. Следовательно, количество вещества алкена равно количеству вещества водорода.

$n(C_nH_{2n}) = n(H_2) = 0,4 \text{ моль}$

4. Из уравнения реакции дегидратации видно, что из одной молекулы спирта образуется одна молекула алкена. Значит, их количества вещества равны.

$n(C_nH_{2n+1}OH) = n(C_nH_{2n}) = 0,4 \text{ моль}$

5. Теперь, зная массу и количество вещества исходного спирта, можем рассчитать его молярную массу.

$M(C_nH_{2n+1}OH) = \frac{m(спирта)}{n(C_nH_{2n+1}OH)} = \frac{24 \text{ г}}{0,4 \text{ моль}} = 60 \text{ г/моль}$

6. Определим молекулярную формулу спирта, используя общую формулу для молярной массы предельных одноатомных спиртов $C_nH_{2n+2}O$.

$M = 12 \cdot n + 1 \cdot (2n+2) + 16 = 14n + 18$

Приравняем это выражение к найденной молярной массе:

$14n + 18 = 60$

$14n = 60 - 18$

$14n = 42$

$n = 3$

Следовательно, молекулярная формула спирта – $C_3H_8O$.

7. По условию задачи, гидроксильная группа находится при вторичном атоме углерода. Для спирта с формулой $C_3H_8O$ это означает, что спирт является пропанолом-2.

Структурная формула пропанола-2: $CH_3-CH(OH)-CH_3$.

8. Алкен, который образуется в результате дегидратации пропанола-2, имеет молекулярную формулу $C_3H_6$. Это пропен.

Структурная формула пропена: $CH_2=CH-CH_3$.

9. Запишем уравнения описанных реакций в структурных формулах.

Реакция дегидратации пропанола-2:

$CH_3-CH(OH)-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t>140^{\circ}C} CH_2=CH-CH_3 + H_2O$

Реакция гидрирования пропена:

$CH_2=CH-CH_3 + H_2 \xrightarrow{кат.} CH_3-CH_2-CH_3$

Ответ: Формула алкена – пропен, $CH_2=CH-CH_3$. Уравнения реакций:

1. $CH_3-CH(OH)-CH_3 \xrightarrow{H_2SO_4, t} CH_2=CH-CH_3 + H_2O$

2. $CH_2=CH-CH_3 + H_2 \xrightarrow{кат.} CH_3-CH_2-CH_3$