Номер 483, страница 108 - гдз по химии 10 класс сборник задач Матулис, Матулис

483. Порцию насыщенного одноатомного первичного спирта разделили на две равные части. Первую часть сожгли в избытке кислорода. Вторая часть полностью прореагировала с избытком металлического натрия. Объем полученного в первом опыте углекислого газа в 8 раз превосходит объем водорода, полученного во втором опыте. Определите структурную формулу спирта, если известно, что в состав его молекулы входят две метильные группы.

Дано:

Спирт - насыщенный, одноатомный, первичный

Содержит 2 метильные группы (–$CH_3$)

$V(CO_2) = 8 \cdot V(H_2)$

Найти:

Структурная формула спирта - ?

Решение:

1. Запишем общую формулу насыщенного одноатомного спирта: $C_nH_{2n+1}OH$.

2. Напишем уравнение реакции горения спирта (первый опыт). Порцию спирта разделили на две равные части, пусть количество вещества спирта в каждой части равно $x$ моль.

$C_nH_{2n+1}OH + \frac{3n}{2}O_2 \rightarrow nCO_2 + (n+1)H_2O$

Из уравнения реакции следует, что из $1$ моль спирта образуется $n$ моль углекислого газа. Следовательно, из $x$ моль спирта образуется $n \cdot x$ моль $CO_2$.

$n(CO_2) = n \cdot n(C_nH_{2n+1}OH) = n \cdot x$

3. Напишем уравнение реакции спирта с избытком металлического натрия (второй опыт):

$2C_nH_{2n+1}OH + 2Na \rightarrow 2C_nH_{2n+1}ONa + H_2 \uparrow$

Из уравнения реакции следует, что из $2$ моль спирта образуется $1$ моль водорода. Следовательно, из $x$ моль спирта образуется $\frac{x}{2}$ моль $H_2$.

$n(H_2) = \frac{1}{2} n(C_nH_{2n+1}OH) = \frac{x}{2} = 0.5x$

4. Согласно закону Авогадро, при одинаковых условиях отношение объемов газов равно отношению их количеств веществ.

По условию задачи, объем углекислого газа в 8 раз превосходит объем водорода:

$\frac{V(CO_2)}{V(H_2)} = 8$

Следовательно:

$\frac{n(CO_2)}{n(H_2)} = 8$

5. Подставим выражения для количеств веществ $CO_2$ и $H_2$ и найдем $n$:

$\frac{n \cdot x}{0.5x} = 8$

$\frac{n}{0.5} = 8$

$n = 8 \cdot 0.5$

$n = 4$

6. Таким образом, молекулярная формула спирта $C_4H_{2 \cdot 4 + 1}OH$, то есть $C_4H_9OH$.

7. Определим структурную формулу спирта. По условию, это первичный спирт, и в его молекуле содержатся две метильные группы.

Рассмотрим возможные изомеры $C_4H_9OH$, являющиеся первичными спиртами:

а) Бутан-1-ол: $CH_3-CH_2-CH_2-CH_2-OH$. Это первичный спирт, но он содержит только одну метильную группу (–$CH_3$).

б) 2-Метилпропан-1-ол (изобутиловый спирт): $CH_3-CH(CH_3)-CH_2-OH$. Это первичный спирт (гидроксильная группа присоединена к первичному атому углерода), и он содержит две метильные группы.

Данный спирт удовлетворяет всем условиям задачи. Его структурная формула:

$ \begin{array}{c} \phantom{H_3}CH_3 \\ \phantom{H_3C}| \\ CH_3-CH-CH_2-OH \end{array} $

Ответ: Структурная формула спирта – 2-метилпропан-1-ол: $ \begin{array}{c} \phantom{H_3}CH_3 \\ \phantom{H_3C}| \\ CH_3-CH-CH_2-OH \end{array} $