Номер 416, страница 95 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

416. Некоторое количество ненасыщенного углеводорода вступает в реакцию присоединения с хлором с образованием дихлорпроизводного углеводорода массой 7 г. При действии на такое же количество углеводорода избытка бромной воды образуется дибромпроизводное массой 10,56 г. Установите формулу углеводорода и дайте ему название.

Дано:

$m(дихлорпроизводное) = 7\ г$

$m(дибромпроизводное) = 10,56\ г$

Найти:

Формулу и название углеводорода.

Решение:

Поскольку при реакции с галогенами (хлором и бромом) образуются дигалогенпроизводные, это означает, что исходный ненасыщенный углеводород вступает в реакцию присоединения, присоединяя одну молекулу галогена. Это характерно для соединений с одной двойной связью (алкенов) или одной тройной связью (алкинов). Тот факт, что даже при действии избытка бромной воды образуется дибромпроизводное, указывает на наличие в молекуле одной двойной связи.

Запишем схемы реакций в общем виде, обозначив углеводород как УВ:

1. $УВ + Cl_2 \rightarrow УВCl_2$

2. $УВ + Br_2 \rightarrow УВBr_2$

Согласно условию, в обеих реакциях участвует одинаковое количество вещества (количество моль) исходного углеводорода. По уравнениям реакций, количество вещества продуктов также будет равно количеству вещества исходного УВ.

Обозначим количество вещества углеводорода как $ν$. Тогда:

$ν = ν(УВ) = ν(УВCl_2) = ν(УВBr_2)$

Обозначим молярную массу неизвестного углеводорода как $M(УВ)$.

Молярные массы атомов: $Ar(Cl) = 35,5\ г/моль$, $Ar(Br) = 80\ г/моль$.

Тогда молярные массы галогенов и продуктов реакций равны:

$M(Cl_2) = 2 \cdot 35,5 = 71\ г/моль$

$M(Br_2) = 2 \cdot 80 = 160\ г/моль$

$M(УВCl_2) = M(УВ) + 71\ г/моль$

$M(УВBr_2) = M(УВ) + 160\ г/моль$

Количество вещества ($ν$) можно выразить через массу ($m$) и молярную массу ($M$) по формуле $ν = m/M$.

$ν(УВCl_2) = \frac{m(УВCl_2)}{M(УВCl_2)} = \frac{7}{M(УВ) + 71}$

$ν(УВBr_2) = \frac{m(УВBr_2)}{M(УВBr_2)} = \frac{10,56}{M(УВ) + 160}$

Так как $ν(УВCl_2) = ν(УВBr_2)$, мы можем составить и решить уравнение:

$\frac{7}{M(УВ) + 71} = \frac{10,56}{M(УВ) + 160}$

$7 \cdot (M(УВ) + 160) = 10,56 \cdot (M(УВ) + 71)$

$7 \cdot M(УВ) + 1120 = 10,56 \cdot M(УВ) + 749,76$

$10,56 \cdot M(УВ) - 7 \cdot M(УВ) = 1120 - 749,76$

$3,56 \cdot M(УВ) = 370,24$

$M(УВ) = \frac{370,24}{3,56} = 104\ г/моль$

Теперь установим формулу углеводорода, зная его молярную массу.

Проверим возможные гомологические ряды:

Алкены, общая формула $C_nH_{2n}$. Молярная масса $14n$.
$14n = 104 \Rightarrow n = 104 / 14 \approx 7,43$. Не является целым числом, не подходит.

Алкины или алкадиены, общая формула $C_nH_{2n-2}$. Молярная масса $14n - 2$.
$14n - 2 = 104 \Rightarrow 14n = 106 \Rightarrow n = 106 / 14 \approx 7,57$. Не является целым числом, не подходит.

Ароматические углеводороды с ненасыщенной боковой цепью. Рассмотрим стирол (винилбензол) с формулой $C_8H_8$.
Вычислим его молярную массу:
$M(C_8H_8) = 8 \cdot Ar(C) + 8 \cdot Ar(H) = 8 \cdot 12 + 8 \cdot 1 = 96 + 8 = 104\ г/моль$.

Рассчитанная молярная масса совпала с молярной массой стирола. Стирол является ненасыщенным углеводородом (содержит двойную связь в винильной группе) и вступает в реакции присоединения галогенов по этой связи.

Таким образом, искомый углеводород — стирол.

Ответ: Формула углеводорода — $C_8H_8$. Название — стирол (или винилбензол).