Номер 342, страница 84 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

342. При действии воды на твердое вещество А образуется углеводород Б, который легче воздуха. При гидрировании Б образуется углеводород В, который тяжелее воздуха. В результате монохлорирования вещества В при облучении получено вещество Г. Вещество Г взаимодействует со спиртовым раствором гидроксида калия с образованием газообразного (н. у.) углеводорода Д. Определите формулы веществ А—Д, приведите уравнения описанных реакций и укажите условия их протекания.

Решение

1. Проанализируем первое условие: твердое вещество А при взаимодействии с водой образует углеводород Б, который легче воздуха. Средняя молярная масса воздуха ~$M_{возд} \approx 29$ г/моль. Реакция твердого вещества с водой, в результате которой образуется углеводород, является характерной для карбидов металлов. Углеводород Б должен иметь молярную массу меньше 29 г/моль.
Рассмотрим два распространенных случая:
а) Гидролиз карбида алюминия: $Al_4C_3 + 12H_2O \rightarrow 4Al(OH)_3 + 3CH_4$. Образуется метан ($CH_4$), $M(CH_4) = 16$ г/моль. $16 < 29$, условие выполняется.
б) Гидролиз карбида кальция: $CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2$. Образуется ацетилен ($C_2H_2$), $M(C_2H_2) = 26$ г/моль. $26 < 29$, условие выполняется.

2. Проанализируем второе условие: при гидрировании Б образуется углеводород В, который тяжелее воздуха ($M(В) > 29$ г/моль).
а) Если Б — метан ($CH_4$), он является насыщенным углеводородом (алканом) и не может вступать в реакцию гидрирования (присоединения водорода). Следовательно, этот вариант не подходит.
б) Если Б — ацетилен ($C_2H_2$), он является ненасыщенным углеводородом и может быть гидрирован. При полном гидрировании ацетилена образуется этан ($C_2H_6$).
Реакция: $C_2H_2 + 2H_2 \rightarrow C_2H_6$.
Молярная масса этана $M(C_2H_6) = 2 \cdot 12 + 6 \cdot 1 = 30$ г/моль. $30 > 29$, этан тяжелее воздуха, что соответствует условию.
Таким образом, установлено:
вещество А — карбид кальция ($CaC_2$);
вещество Б — ацетилен ($C_2H_2$);
вещество В — этан ($C_2H_6$).

3. Проанализируем третье условие: в результате монохлорирования вещества В (этан) при облучении получено вещество Г. Хлорирование алканов на свету — это реакция свободнорадикального замещения.
Реакция: $C_2H_6 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_2H_5Cl + HCl$.
Вещество Г — это хлорэтан ($C_2H_5Cl$).

4. Проанализируем четвертое условие: вещество Г (хлорэтан) взаимодействует со спиртовым раствором гидроксида калия с образованием газообразного углеводорода Д. Реакция галогеналканов со спиртовым раствором щелочи — это реакция дегидрогалогенирования, приводящая к образованию алкена.
Реакция: $C_2H_5Cl + KOH_{спирт.} \rightarrow C_2H_4 + KCl + H_2O$.
Образующийся газообразный углеводород Д — это этилен ($C_2H_4$). Этилен является газом при нормальных условиях (температура кипения -103,7 °C), что соответствует условию задачи.

Ответ:

Формулы веществ:
А — карбид кальция ($CaC_2$).
Б — ацетилен (этин) ($C_2H_2$).
В — этан ($C_2H_6$).
Г — хлорэтан ($C_2H_5Cl$).
Д — этилен (этен) ($C_2H_4$).

Уравнения описанных реакций и условия их протекания:

1) Получение ацетилена из карбида кальция:
$CaC_2 + 2H_2O \rightarrow Ca(OH)_2 + C_2H_2\uparrow$
Условия: реакция протекает при обычных условиях.

2) Гидрирование ацетилена до этана:
$C_2H_2 + 2H_2 \xrightarrow{Ni, t, p} C_2H_6$
Условия: нагревание ($t$), повышенное давление ($p$), катализатор (Ni, Pt или Pd).

3) Монохлорирование этана:
$C_2H_6 + Cl_2 \xrightarrow{h\nu} C_2H_5Cl + HCl$
Условия: облучение ультрафиолетовым светом (квант света $h\nu$).

4) Дегидрогалогенирование хлорэтана:
$C_2H_5Cl + KOH \xrightarrow{спирт, t^\circ} C_2H_4\uparrow + KCl + H_2O$
Условия: спиртовой раствор гидроксида калия, нагревание.